版纳园硅酸钠催化大豆油制备生物柴油机理研究获新成果

2011-9-26 10:34 来源: 中国科学院
675 收藏到BLOG

  目前,已工业化的生物柴油主要由均相催化剂即液体酸、碱催化制备。其优点是反应速度快、时间短、转化率高、成本较低等,然而存在催化剂难以分离回收和再利用、副反应多和乳化现象,副产物甘油精制困难,后处理复杂,后续水洗和中和产生大量的工业废水,造成环境污染等严重问题。因此,以固体酸、碱催化剂为基础的非均相催化剂催化制备生物柴油的工艺应运而生,已成为生物柴油领域的研究热点。

  天然存在的无机盐类固体碱非常值得开发,如钼酸钠、磷酸矾、碳酸盐等都被用来催化生产生物柴油。中国科学院西双版纳热带植物园生物能源组助理研究员郭峰博士在大连理工大学攻读博士学位期间,首次对硅酸钠的结构和催化行为做了详细的研究,经简单的煅烧工艺获得了催化活性高效的固体碱。硅酸钠在煅烧后,可以耐受2.5 wt %的自由酯肪酸和4.0 wt %的水,而且可回收和重复使用,与煅烧前相比,均得到了较大的改善。煅烧硅酸钠原料廉价,对油脂质量要求低,能够减少废水排放,失活催化剂可用作建筑原料,因此具有较大的工业应用价值。相关文章发表于2010年在Fuel Processing Technology上。

  在此基础上,郭峰博士进一步应用FT-IR等表征手段研究了煅烧硅酸钠在甲醇中的价键变化情况,发现硅酸钠的Si-O-Na催化基团能够与底物甲醇发生质子交换,从而产生催化酯交换反应的高活性基团CH3O-。为了证实该机理,采用基于Gaussion的B3-LYP功能和6-31+G(d, p)基组的密度功能理论(DFT)模拟计算酯交换反应过程中的价键参数,推导官能基团供给和接受质子的能力,结果很好地支持了这一质子交换催化机理。在方真研究员的进一步指导下,对该部分工作在理论上作了理顺和补充,详细阐述了煅烧硅酸钠催化酯交换反应的机理和煅烧硅酸钠的耐水机理。

  该成果将对硅酸钠催化副产甘油制备乳酸的机理研究提供理论支持。

  相关研究文章已被国际期刊Fuel(2011, doi:10.1016/j.fuel.2011.08.064)接收。