开题报告-二元Ni-Al类水滑石催化大豆油酯交换生物柴油-毕业论.doc

榆 林 学 院毕业设计（论文）开题报告题 目二元Ni-A l类水滑石催化大豆油酯交换生物柴油学生姓名 朱飞学 号0806230259院 ( 系 )化学与化工学院专 业油气储运工程指导教师马向荣报告日期2012 年 3 月 9 日毕业设计（论文）题目二元Ni-A l类水滑石催化大豆油酯交换生物柴油题目类别（请在有关项目下作记号）设计论文其它题目需要在实验、实习、工程实践和社会调查等社会实践中完成是R 否毕业设计（论文）起止时间2012年3月9日起至2012年5月25日 （共13周）一、论文题目：二元Ni-A l类水滑石催化大豆油酯交换生物柴油二、课题研究的背景及发展现状生物柴油是以天然油脂与低碳醇酯交换反应制得的柴油理想替代燃料， 具有环境友好、抗爆性好、生物降解、可再生等优点，已经成为众多国家的研究热点。目前，生物柴油的制备主要以酯交换方法为主，可采用酸、碱和生物酶催化方法。酶催化剂价格昂贵，难以实现工业化。酸催化剂的活性通常较低，往往需要较高的反应温度、压力和醇油摩尔比才能得到理想的收率1。类水滑石作为常见、容易制备的催化材料并作为一种新型催化剂用于制备生物柴油，有望有效降低生物柴油的生产成本。类水滑石材料简称LDHs(Layered Double Hydroxides)，是一类阴离子层状化合物，由于其具有特殊的层状结构，具有酸性和碱性特征、记忆效应、层间阴离子的可交换性及微孔结构2。类水滑石的碱性主要来自于结构中二价金属氢氧化物，碱度偏低。将其加热焙烧至450 C到550 C , 经层板羟基缩水并脱除CO2得到稳定的双金属混合氧化物( LDO)后, 比表面积大大提高, 且结构中的碱中心充分暴露, 具有比类水滑石更强的碱性, 在催化植物油酯交换合成生物柴油的反应中, 表现出了优异的催化性能。在催化、生物、电子、吸收、环保等领域得到了广泛的应用，并显示了巨大的应用前景。 类水滑石主要通过盐与碱反应、盐与氧化物反应和离子交换反应制得。目前国内外水滑石的合成方法主要有共沉淀法、水热合成法、离子交换法、焙烧还原法、尿素分解均匀共沉淀法、机械力化学法等以下几种方法： 1、共沉淀法共沉淀法是制备类水滑石的基本方法, 即以可溶性铝盐和镁盐与沉淀剂反应生成沉淀物经过滤、洗涤、干燥后制得水滑石。共沉淀法制备过程表示为由混合盐溶液加碱经沉淀、晶化、过滤、洗涤最后干燥。根据制备过程中操作方法的不同，共沉淀法又可分为变化pH值法、恒定pH值法3。2、水热合成法水热合成法也是类水滑石合成的常用方法。将金属盐溶液和混合碱溶液快速混合，立即将其转移至高压釜中，在一定温度下晶化、过滤、洗涤、干燥得到类水滑石。3、离子交换法离子交换法是当某些类水滑石不能直接用共沉淀法制备时，可先用共沉淀法制备阴离子不同的水滑石，然后用需要的阴离子与原有阴离子交换，得到所需的类水滑石。这是合成具有较大阴离子基团柱撑类水滑石的重要方法。离子交换法制备类水滑石至少需要满足两个条件：一是交换离子的交换能力要比被交换离子的强。在常见的无机阴离子中，其可被交换的顺序为 NO3- Cl- SO42 - CO32 - 即NO3- 最易被其他阴离子所交换，而CO32 - 通常只是交换其他离子。Linda M. Parker已经了研究了许多阴离子的交换能力大小，得出了“高价离子容易交换进入层间，低价离子则容易被交换出来”的结论3。这是因为对进入离子而言，其电荷越高，半径越小，则交换能力越强。二是选用有利于类水滑石胀开的溶剂或者溶胀条件使离子交换反应易于进行。离子交换法过程工艺繁琐，且影响因素多，难以控制。 4、焙烧复原法 焙烧还原法是建立在类水滑石“记忆效应”特性基础上的制备方法，是在一定温度下将类水滑石焙烧一定时间的样品(此时的状态通常是组分金属的混合氧化物)加入到含有某种阴离子的液体介质中，其结构可以部分恢复到具有有序层状结构的类水滑石。一般而言，焙烧温度在500 C以内，结构重建是可能的，温度过高会造成尖晶石相的生成，使结构不能重建。朱茂旭等人先用共沉淀法合成Mg-Al-CO3水滑石，将其在500 C下焙烧8 h，将焙烧的样品放入磷酸二氢钾溶液中做吸附实验，得到产物为含磷酸根的类水滑石4。5、尿素分解均匀共沉淀法尿素分解均匀共沉淀法利用尿素在低温下呈中性，可与金属粒子形成均一的溶液，而当溶液温度超过90 C 时，尿素分解使溶液pH值均匀逐步地升高这一特点，用尿素代替混合碱溶液。该法的优点是溶液内部的pH值始终一致，因而可以合成出高结晶度的Mg-Al、Zn-Al、Ni-Al类水滑石, 但是难以合成Co-Al、Mn-Al、Co-Cr类水滑石。三、课题研究的目的、意义生物柴油是以天然油脂与低碳醇酯交换反应制得的柴油理想替代燃料，具有环境友好、抗爆性好、生物降解、可再生等优点，已经成为众多国家的研究热点5。目前，生物柴油的制备主要以酯交换方法为主，可采用酸、碱和生物酶催化方法。酶催化剂价格昂贵，难以实现工业化。酸催化剂的活性通常较低, 往往需要较高的反应温度、压力和醇油摩尔比才能得到理想的收率。Ni-Al类水滑石材料作为催化制备生物柴油可克服均相碱腐蚀、污染、难分离回收等问题, 并具有活性高、低温下可获得较高产率的优点6。以大豆油为原料生产的生物柴油，不仅具有产品品质高和生产工艺简单，而且大大提高了生物柴油的产率，是我们今后发展制备绿色生物柴油所期待的结果，对生物柴油绿色化生产具有重要的意义。四、本文研究的内容本课题以大豆油和甲醇作为原料，Ni-A l类水滑石材料作为催化剂，通过脂交换反应制备生物柴油。在此基础上研究了Ni-A l类水滑石催化剂的用量、重复使用次数、反应温度及醇油摩尔比等条件对制备产物生物柴油的影响。 1、Ni -A l类水滑石的制备2、Ni -A l类水滑石催化大豆油酯交换生物柴油的制备3、反应条件对制备生物柴油的影响五、方法、步骤、及措施1、Ni -A l类水滑石的制备 将1.0 mol/L Ni( NO3)2 6H2O、0.5 mol/L Al(NO3)39H2O按不同比例配成混盐溶液。在强烈搅拌下，以1.0mL/min的速度滴加NaOH 溶液(1 mol/L)至pH值为5.70.2。滴加完毕后继续搅拌0.5 h，再将所得浆液放入不锈钢反应釜中，110 C下 水热处理3 h ，晶化后的浆液洗涤至滤液pH 值为7 ，经抽滤， 过夜干燥后研磨以备用。用日本产Rigaku/max- 2500 型X 射线粉末衍射仪( Cu Ka，Ni 滤波, 固定单色器) 进行晶相鉴定, 实验条件: 电压40 kV, 电流100 mA ,扫描范围为860, 扫描速度8/ min。FT- IR 8400( 日本岛津) 进行红外测试, 测定波数范围为400 4 000 cm-1。TGDTA使用日本gakucn 8076EI 型热重差热分析仪, 升温速度为20C/ min。LA-300 型粒度分布仪( 日本掘场) 的测试条件为: 循环速度6 次/ s, 超声时间3 min。2、Ni -A l类水滑石催化大豆油酯交换生物柴油的制备反应在间歇式回流装置中进行, 水浴加热。将甲醇、大豆油和催化剂以一定比例混合,搅拌下于65C 回流。反应结束后将混合物过滤、分液。 收集上层产品, 旋转蒸发回收甲醇, 用等体积乙醚萃取,加入饱和食盐水洗涤3次以除去少量的催化剂、脂肪酸盐、甘油以及混合物中的水溶性物质和少量的游离脂肪酸, 按每100 mL混合物加入10 g无水硫酸钠的比例干燥。过滤, 滤液常压蒸馏, 即得到生物柴油产品。3、反应条件对制备生物柴油的影响 （1）在以大豆油和甲醇作为原料， Ni-A l类水滑石材料作为催化剂，通过酯交换反应制备生物柴油的基础上，研究了类水滑石催化剂的用量对反应的影响。（2）在以大豆油和甲醇作为原料， Ni-A l类水滑石材料作为催化剂，通过酯交换反应制备生物柴油的基础上，研究了类水滑石催化剂的重复使用次数对反应的影响。（3）在以大豆油和甲醇作为原料， Ni-A l类水滑石材料作为催化剂，通过酯交换反应制备生物柴油的基础上，研究了类水滑石催化剂的反应温度对反应的影响。（4）在以大豆油和甲醇作为原料， Ni- A l类水滑石材料作为催化剂， 通过酯交换反应制备生物柴油的基础上，研究了类水滑石催化剂的醇油摩尔比对反应的影响。六、论文提纲 1. 摘要 2. 综述 3. 数据分析，讨论 4. 结论 5. 参考文献 6. 致谢七、完成方案及进度计划1 1-3 周查阅相关资料，了解Ni-Al类水滑石材料的结构、理化性能；2 1-3 周了解以Ni-Al类水滑石材料作为催化剂材料的制备方法及应用；3 1-3 周了解大豆油、生物柴油的组成以及理化性能； 4 4-5 周根据文献及相关资料拟制定研究大豆油和甲醇作为原料，Ni-Al类水滑石材料作为催化剂，通过酯交换反应制备生物柴油的合成思路；5 6-11 周研究了Ni-Al类水滑石催化剂的用量、重复使用次数、反应温度及醇油摩尔比等条件对制备产物生物柴油的影响；6 11-13周根据实验现象和实验结果进行分析和总结，撰写不少于8000字的关于 “二元Ni-Al类水滑石催化大豆油酯交换生物柴油”的毕业论文，并搜集整理材料进行答辩。八、主要参考文献 1 袁冰. Mg-A l类水滑石催化大豆油酯交换制备生物柴油J. 应用化工，2010，39（11）：1649-1652. 2 赵芸. 层状双金属氢氧化物及氢氧化物的可控制备和应用研究D. 北京: 北京 化工大学, 2007. 3 谭琦. 水滑石的合成及其在PVC中的应用研究进展J.中国非金属矿工业导刊， 2011，5：7-10.4 朱茂旭，王征, 李艳