（农药学专业论文）酸功能化离子液体的合成及其在合成生物柴油方面的研究.pdf

学位论文 如需保密，解密时间年月日 是否保密雷 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华中农业大学或其他教育机构 的学位或证书而使用过的材料，指导教师对此进行了审定。与我一同工作的同志 对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明，并表示了谢意。 研究生签名：，j 俊起 时间：2 - 0 1 0 年6 月j 日 学位论文使用授权书 本人完全了解“华中农业大学关于保存、使用学位论文的规定”，即学生必 须按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存提交论文的印 刷版和电子版，并提供目录检索和阅览服务，可以采用影印、缩印或扫描等复制 手段保存、汇编学位论文。本人同意华中农业大学可以用不同方式在不同媒体上 发表、传播学位论文的全部或部分内容。 注：保密学位论文在解密后适用于本授权书 学位论文作者鲐妾j j 傻起 导师张傅孝 签名日期：勘f o 年6 月jj 日签名日期：妒f 口年b 月 1 日 注：请将本表直接装订在学位论文的扉页和目录之间 酸功能化离子液体的合成及其在合成生物柴油方面的研究 目录 摘要”i a b s t r a c t i i i 缩略语表v 第一章绪论”1 1 生物柴油研究进展”1 1 1 生物柴油概述”l 1 1 1 生物柴油的定义1 1 1 2 生物柴油的特性2 1 2 生物柴油的制备方法3 1 2 1 直接混合法3 1 2 2 微乳液法3 1 2 3 高温热裂解法4 1 2 4 超临界法4 1 2 5 酶催化法4 1 2 6 酸碱催化酯交换法5 2 离子液体研究进展8 2 1 离子液体的定义”8 2 2 离子液体的特性”9 2 3 离子液体的合成方法9 2 3 1 中和法9 2 3 2 阴离子交换法9 3 离子液体在制备生物柴油中的应用1 0 3 1l e w i s 酸性离子液体催化制备生物柴油1 0 3 2b r a n s t e d 酸性离子液体催化制备生物柴油1 l 3 3 以离子液体为溶剂的酶催化1 2 4 论文的立题依据与意义1 3 第二章酸性咪唑及吡啶类离子液体的合成及表征1 4 1 引言”1 4 2 实验部分1 4 2 1 仪器1 4 2 2 药品1 4 2 3 离子液体的合成1 5 2 3 1 酸功能化咪唑类离子液体的制备1 5 刘俊超华中农业大学2 0 1 0 届硕士毕业论文 2 3 2 酸功能化毗啶类离子液体的合成1 5 2 4p k a 的测定1 6 3 结果与讨论1 6 3 1 酸功能化离子液体的酸性比较1 6 3 2 酸功能化离子液体的结构表征1 7 3 2 1 红外光谱表征“1 7 3 2 2 核磁共振氢谱表征“l8 3 3 热稳定性分析2 0 3 3 1 酸功能化咪唑类离子液体的热稳定性分析一2 0 3 3 1 酸功能化吡啶类离子液体的热稳定性分析一2 1 4 结论2 2 第三章酸功能化咪唑类离子液体催化制备生物柴油2 3 l 弓i 言2 3 2 实验部分一2 4 2 1 仪器2 4 2 2 药品2 4 2 4 方法2 5 2 4 1 生物柴油的制备2 5 2 4 2 生物柴油的分析”2 5 3 结果与讨论”2 6 3 i i l s 催化酯交换反应的活性比较2 6 3 2 单因素实验考察 h s 0 3 p m i m c h 3 s 0 3 催化酯交换反应的性能“2 7 3 2 1 反应温度对酯交换反应的影响“2 7 3 2 2 反应时间对酯交换反应的影响”2 8 3 2 3 催化剂用量对酯交换反应的影响“2 8 3 2 4 醇油比对酯交换反应的影响2 9 3 3 正交设计试验优t 4 5 h s 0 3 p m i m c h 3 s 0 3 催化酯交换反应制备生物柴油的 工艺条件3 0 3 4 离子液体的稳定性研究3 0 4 结论31 第四章酸功能化吡啶类离子液体催化制备生物柴油3 2 l 引言3 2 2 实验部分3 3 2 1 仪器3 3 2 2 药品3 3 酸功能化离子液体的合成及其在合成生物柴油方面的研究 2 4 方法3 3 2 4 1 生物柴油的制备3 3 2 4 2 生物柴油的分析3 3 3 结果与讨论3 4 3 1i l s 催化酯交换反应的活性评价3 4 3 2 反应时间的影响3 5 3 3 反应温度的影响3 6 3 4 催化剂用量对反应的影响一3 7 3 5 醇油比对反应的影响3 7 3 6 含水量对反应的影响3 8 3 7 h s 0 3 p p y c n 3s 0 3 与传统酸碱催化剂活性比较3 9 3 8 催化剂的稳定性研究3 9 4 结论“4 0 参考文献4 1 附图：离子液体的红外图谱和核磁图谱“5 l 致 射5 9 酸功能化离子液体的合成及其在合成生物柴油方面的研究 酸功能化离子液体的合成及其在 合成生物柴油方面的研究 捅要 生物柴油作为生物质能源的一种，由于其来源的稳定性及环境友好性，受到国 内外学者的青睐。酯交换法制各生物柴油是目前研究应用最广泛的，但是传统碱催 化酯交换反应存在催化剂难回收、易皂化等缺陷；传统酸存在催化剂难回收、腐蚀 设备、反应慢、废水多等问题；固体碱催化剂稳定性差，易失活；而固体酸催化活 性相对低。因此，研究人员一直致力于寻找一种活性高、反应温和、无污染、易回 收的酯交换催化剂。 室温离子液体作为一种新型催化剂，因与常见的酯交换催化剂相比，具有许多 独特的物理化学性质，如结构可设计、酸碱可调、耐高温、易回收等而被应用于催 化酯交换反应制备生物柴油。但是目前，l e w i s 酸功能化离子液体多不能在空气和水 中保持稳定和活性，而b r o n s t e d 酸功能化离子液体应用于酯交换法制备生物柴油的研 究又较少。 因此，本文以咪唑、吡啶为原料合成了一系列酸功能化离子液体，并将它们作 为催化剂应用于酯交换法制备生物柴油。 本论文的主要内容概括如下： 1 酸功能化离子液体的合成及表征 合成了十二种酸功能化离子液体： h s 0 3 p m i m c h 3 s 0 3 、【h s 0 3 b m i m c h 3 s 0 3 、 【h s 0 3 p m i m c f 3 s 0 3 】、 h s 0 3 b m i m c f 3 s 0 3 】、【h s 0 3 p m i m c c l s 0 3 、【h s 0 3 b m i m c c i s 0 3 】、【h s 0 3 p p y c h 3 s 0 3 、【h s 0 3 b p y c h 3 s 0 3 、【h s 0 3 p p y 】【c f 3 s 0 3 】、 【h s 0 3 b p y 】【c f 3 s 0 3 、【h s 0 3 p p y c l s 0 3 】【h s 0 3 b p y 】 c l s 0 3 】。并对离子液体进行了表征 和性质分析。 2 酸功能化咪唑类离子液体催化制备生物柴油的研究 六种酸功能化咪唑类离子液体d f l h s 0 3 p m i m c h 3 s 0 3 对催化菜籽油酯交换制 备生物柴油显示出高活性。 h s 0 3 p m i m c h 3 s 0 3 】作为催化剂，正交设计实验优 化催化菜籽油酯交换制备生物柴油的最佳工艺条件为：催化剂用量为油用量的1 5 ( w t ) ，醇油比3 6 ：1 ，反应时间4 h ，反应温度1 2 0 。在最佳的反应条件下，生 物柴油的转化率可以达到9 8 3 。与传统的催化剂硫酸相比，【h s0 3 p m i m c h 3 5 0 3 】 离子液体催化具有反应时间快、转化率高、离子液体可回收利用等优点，符合绿色 化学发展要求，具有广阔的应用前景。 3 酸功能化吡啶类离子液体催化制备生物柴油的研究 六种酸功能化吡啶类离子液体对催化菜籽油制备生物柴油的催化活性顺序为 【h s 0 3 p p y 】【c h 3 s 0 3 】 h s 0 3 b p y 【c h 3 s 0 3 h s 0 3 p p y 】【c f 3 s 0 3 h s 0 3 b p c l 酸功能化离子液体的合成及其在合成生物柴油方面的研究 s y n t h e s i so f a c i dt a s k - s p e c i f i ci o n i cl i q u i d sa n d t h e i r a p p l i c a t i o n so ns y n t h e s i so fb i o d i e s e l a b s t r a c t a so n eo fb i o m a s se n e r g y s ，b i o d i e s e l ，p r e s e n t i n gu n i q u es t a b l es o u r c ea n d e n v i r o n m e n t a lf r i e n d l i n e s s ，h a sa r o u s e di n c r e a s i n gi n t e r e s to fd o m e s t i ca n df o r e i g n s c h o l a r s t r a n s e s t e r i f i c a t i o ni so n eo ft h em o s tw i d e l yu s e ds y n t h e s i sm e t h o d so fb i o d i e s e l h o w e v e r , t h et r a d i t i o n a la l k a l ic a t a l y z e dt r a n s e s t e r i f i c a t i o nh a ss o m ed e f e c t s ，s u c ha s d i f f i c u l tr e c o v e r yo fc a t a l y s t ，e a s ys a p o n i f i c a t i o no fc a t a l y s ta n ds oo n m e a n w h i l e ，t h e a p p l i c a t i o no ft h et r a d i t i o n a l a c i dc a t a l y z e dt r a n s e s t e r i f i c a t i o nw a sr e s t r i c t e df o ri t s d i 伍c u l tr e c o v e r yo fc a t a l y s t , c o r r o s i o ne q u i p m e n t ，s l o wr e a c t i o na n dm u c hw a s t ew a t e r t h es o l i db a s ec a t a l y s tw a su n s t a b l ea n dd e a c t i v a t i o n , o t h e r w i s e ，t h ea c t i v i t yo ft h es o l i d a c i dc a t a l y s tw a sr e l a t i v e l yl o w t h e r e f o r e ，an e w l yt r a n s e s t e r i f i c a t i o nc a t a l y s tm u s th a v e h i g ha c t i v i t y , m i l dr e a c t i o n , n o n p o l l u t i n g ，e a s yr e c o v e r ya n ds oo n c o m p a r e dw i t ht h et r a d i t i o n a lo r g a n i cr e a g e n t s ，r o o mt e m p e r a t u r ei o n i cl i q u i d s ( r t i l s ) ，p r e s e n t i n gm a n yu n i q u ep h y s i c a la n dc h e m i s t r yp r o p e r t i e s ，s u c ha sa d j u s t a b l e s t r u c t u r e ，r e s i s t a n c eo fh i g ht e m p e r a t u r e ，e a s yr e c y c l i n ga n ds oo n ，h a v eb e e nu s e da st h e s y n t h e s i sc a t a l y s to fb i o d i e s e l n o w ，m o s to ft h el e w i sa c i df u n c t i o n a li o n i cl i q u i d s c a n n o tb ek e e ps t a b l ea n da c t i v ei nt h ea i ra n dw a t e r m e a n w h i l e ，t h ea p p l i c a t i o no ft h e b r o n s t e da c i df u n c t i o n a li o n i cl i q u i d so nt h es y n t h e s i so fb i o d i e s e lw a sl e s s i nt h i sa r t i c l e ，as e r i e so fa c i df u n c t i o n a li o n i cl i q u i d sw e r es y n t h e s i z e db a s e do nt h e n m e t h y l i m i d a z o l ea n dp y r i d i n e m o r e o v e r , t h eb i o d i e s e lw e r es y n t h e s i z e dw i t ht h e s e i o n i cl i q u i d sa st h et r a n s e s t e r i f i c a t i o nc a t a l y s t t h em a j o rc o n t e n t sa r ed e s c r i b e da sf o l l o w s ： 1 t h es y n t h e s i sa n dc h a r a c t e r i z a t i o no fa c i dt a s k - s p e c i f i ci o n i cl i q u i d s t w e l v en e wa c i dt a s k - s p e c i f i ci o n i cl i q u i d s ，【h s 0 3 p m i m c h 3 s 0 3 ， h s 0 3 b m i m 【c h 3 s 0 3 ，【h s 0 3 p m i m c f 3 s 0 3 ，【h s 0 3 b m i m c f 3 s 0 3 ，【h s 0 3 p m i m c c l s 0 3 ， h s 0 3 b m i m c c i s 0 3 ，【h s 0 3 p p y c h 3 s 0 3 ， h s 0 3 b p y c h 3 s 0 3 ， h s o a p p y 【c f 3 5 0 3 ， h s 0 3 b p y c f 3 s 0 3 ，【h s 0 3 p p y c l s 0 3 】a n d h s 0 3 b p y 】【c l s 0 3 】w e r e s y n t h e s i z e d t h eq u a l i t a t i v ea n a l y s i sw a sa s s i s t e db yt h ef t i rs p e c t r a ，1 h n m ra n dt g ， a n dt h ec h a r a c t e r i s t i c sw e r es t u d i e d 2 t h ea p p l i c a t i o no fa c i dt a s k - s p e c i f i ci m i d a z o l ei o n i cl i q u i d so nt h es y n t h e s i so f b i o d i e s e l c o m p a r e dw i t ho t h e rs i xa c i dt a s k - s p e c i f i ci m i d a z o l ei o n i cl i q u i d s ，【h s 0 3 p m i m 】 【c h 3 s 0 3 s h o w e dh i g hc a t a l y t i ct r a n s e s t e r i f i c a t i o na c t i v i t yf o rt h es y n t h e s i so fb i o d i e s e l t h ei o n i cl i q u i do f 【h s 0 3 p m i m c h 3 s 0 3 w a su s e da st h ec a t a l y s t a c c o r d i n gt ot h e o r t h o g o n a le x p e r i m e n t a ld e s i g n ，t h eo p t i m a lc o n d i t i o u so f t h es y n t h e s i so fb i o d i e s e lw i t h c a t a l y t i ct r a n s e s t e r i f i c a t i o nw e r ec a t a l y s t ( 15 ，w t 呦，m e t h a n o l ：o i l = 3 6 ：1 ，r e a c t i o n t i m e4ha n dr e a c t i o nt e m p e r a t u r e12 0o c u n d e r 也eo p t i m u mc o n d i t i o n s t h eb i o d i e s e t i i i 刘俊超华中农业大学2 0 1 0 届硕士毕业论文 c o n v e r s i o nc o u l dr e t a i nt o 9 8 3 c o m p a r i n gt os u l f u r i ca c i d , t h ei o n i cl i q u i do f 【h s o a p m i m c h 3 s 0 3 】o f f e r st h ea d v a n t a g e so fs h o r tr e a c t i o nt i m e ，h i 曲c o n v e r s i o na n d r e c y c l i n g ，w h i c hh a sb r o a dq p p l i c a t i o na n dc o u l dm e e tt h ed e v e l o p m e n tn e e d so fg r e e n c h e m i s t r y 3 t h ea p p l i c a t i o no fa c i dt a s k - s p e c i f i cp y r i d i n ei o n i cl i q u i d so nt h e s y n t h e s i so f b i o d i e s e l t h ec a t a l y t i ca c t i v i t yo fs i xa c i dt a s k - s p e c i f i cp y r i d i n ei o n i cl i q u i d so nt h eb i o d i e s e l w a s h s 0 3 p p y c h s s 0 3 】 h s 0 3 b p y 【c h 3 s 0 3 】 【h s 0 3 p p y 【c f 3 s 0 3 】 h s 0 3 b p 【c f 3 s 0 3 】 【h s 0 3 b p y c 1 s 0 3 】 h s 0 3 p p y 】 c 1 s 0 3 】t h e r e f o r e ，t h ei o n i cl i q u i do f h s 0 3 p p y c h 35 0 3 s h o w e dh i g hc a t a l y t i ct r a n s e s t e r i f i c a t i o na c t i v i t yf o rt h es y n t h e s i so f b i o d i e s e l 1 1 1 ei o n i cl i q u i do f 【h s 0 3 p p y c h 3s 0 3 w a su s e da st h ec a t a l y s t a c c o r d i n gt o s i n g l ef a c t o re x p e r i m e n t , t h eo p t i m a lc o n d i t i o n so ft h es y n t h e s i so fb i o d i e s e lw i t h c a t a l y t i ct r a n s e s t e r i f i c a t i o nw e r ec a t a l y s t ( 10 ，w t ) ，m e t h a n o l ：o i l = 2 4 ：1 ，r e a c t i o n t i m e3ha n dr e a c t i o nt e m p e r a t u r e12 0o c u n d e rt h eo p t i m u mc o n d i t i o n s t h eb i o d i e s e l c o n v e r s i o nc o u l dr e t a i nt o 9 5 9 c o m p a r i n gt os u l f u r i ca c i d lm ei o n i cl i q u i do f 【h s 0 3 p p y c h 3s 0 3 】o f f e r st h ea d v a n t a g e so fs h o r tr e a c t i o nt i m e ，h i g hc o n v e r s i o na n d r e c y c l i n g ，w h i c hh a sb r o a dq p p l i c a t i o na n dc o u l dm e e tt h ed e v e l o p m e n tn e e d so fg r e e n c h e m i s t r y m e a n w h i l e ，c o m p a r e dw i t ht h et r a d i t i o n a lb a s ec a t a l y s t ，t h ei o n i c1 i q u i do f 【h s 0 3 p p y c h 3s 0 3 u s e da st h ec a t a l y s to fb i o d i e s e lh a st h eg o o dw a t e rr e s i s t a n c ea n d a c i dr e s i s t a n c e k e yw o r d s ：a c i dt a s k - s p e c i f i ci o n i cl i q u i d s ；b i o d i e s e l ；t r a n s e s t e r i f i c a t i o n i v 酸功能化离子液体的合成及其在合成生物柴油方面的研究 h s 0 3 p m i m c h 3 s 0 3 】 【h s 0 3 b m i m c h 3 s 0 3 】 h s 0 3 p m i m c f 3 s 0 3 】 h s 0 3 b m i m c f 3 s 0 3 】 h s 0 3 p m i m c c l s 0 3 】 h s 0 3 b m i m c c l s 0 3 h s 0 3 p p y c h 3 s 0 3 】 【h s 0 3 b p y c h 3 s 0 3 【h s 0 3 p p y c f 3 s 0 3 】 h s 0 3 b p y c f 3 s 0 3 】 h s 0 3 p p y c 1 s 0 3 【h s 0 3 b p y 【c l s 0 3 】 缩略语表 离子液体 i o n i cl i q u i d s 1 甲基3 ( 3 磺酸基丙基) 咪唑甲基磺酸盐 1 - m e t h y l - 3 一( 3 一s u l f o p r o p y l ) 一i m i d a z o l i u mm e t h y ls u l f a t e 1 甲基3 ( 4 磺酸基丁基) 咪唑甲基磺酸盐 1 - m e t h y l 3 一( 4 s u l f o b u t y l ) i m i d a z o l i u mm e t h y ls u l f a t e l 一甲基3 ( 3 磺酸基丙基) 咪唑三氟甲基磺酸盐 1 - m e t h y l 一3 ( 3 - s u l f o p r o p y l ) 一i m i d a z o l i u mt r i f l u o r o m e t h a n es u l f a t e l - 甲基3 ( 4 磺酸基丁基) 咪唑三氟甲基磺酸盐 1 - m e t h y l 一3 一( 4 - s u l f o b u t y l ) 一i m i d a z o l i u mt r i f l u o r o m e t h a n es u l f a t e l - 甲基一3 ( 3 磺酸基丙基) 咪唑氯磺酸盐 1 - m e t h y l 一3 - ( 3 - s u l f o p r o p y l ) - i m i d a z o l i u mc h l o r o s u l f o n i c 1 甲基3 ( 4 磺酸基丁基) 咪唑氯磺酸盐 1 - m e t h y l 3 - ( 4 s u l f o b u t y l ) - i m i d a z o l i u mc h l o r o s u l f o n i c n ( 3 一磺酸基丙基) 吡啶甲基磺酸盐 n 一( 3 s u l f o p r o p y l ) - p y r i d i n i u mm e t h y ls u l f a t e n ( 4 磺酸基丁基) 吡啶甲基磺酸盐 n 一( 4 - s u l f o b u t y l ) - p y r i d i n i u mm e t h y ls u l f a t e n 。( 3 磺酸基丙基) 吡啶三氟甲基磺酸盐 n 一( 3 一s u l f o p r o p y l ) - p y r i d i n i u mt r i f l u o r o m e t h a n es u l f a t e n - ( 4 磺酸基丁基) 吡啶三氟甲基磺酸盐 n 一( 4 s u l f o b u t y l ) - p y r i d i n i u mt r i f l u o r o m e t h a n es u l f a t e n ( 3 磺酸基丙基) 吡啶氯磺酸盐 n 一( 3 一s u l f o p r o p y l ) p y r i d i n i u mc h l o r o s u l f o n i c n ( 3 磺酸基丁基) 吡啶氯磺酸盐 n ( 3 s u l f o b u t y l ) - p y r i d i n i u mc h l o r o s u l f o n i c v 酸功能化离子液体的合成及其在含成生物柴油方面的研究 第一章绪论弟一早珀下匕 有学者预测，地球上蕴藏的可开采利用的化石能源将在2 0 0 年后枯竭，其中石油 消耗最快，在未来3 0 4 0 年以内将耗尽，而天然气根据目前已知储量和消耗速度计 算也只能用6 0 年，能源短缺问题将会长期严重地制约人类经济社会的发展。同时能 源消耗排放的废气废渣引起的生态环境污染问题，也是人类面临的一大威胁，因此， 开发利用可再生的、环境友好的绿色替代能源已成为2 l 世纪人类社会有关能源问题 研究方面最有意义的课题之一。 目前，我国是世界上最大的发展中国家，同时也是世界上经济发展最迅速的国 家之一。经济高速发展离不开能源的支撑，因此能源发展战略始终在我国的经济发 展中处于非常重要的地位。虽然我国能源资源总量相对丰富，但人均占有量较低， 特别是石油、天然气人均资源量仅为世界平均水平的7 7 和7 1 。随着国民经济平 稳较快发展，城乡居民消费结构升级，能源消费将继续保持增长趋势，资源制约矛 盾更加突出。为此，国家在能源发展“十一五 规划中提出“石油替代工程 与“可再生能源产业化工程 。指出要按照“发挥资源优势、依靠科技进步、积极 稳妥推进”的原则，加快发展煤基、生物质基液体燃料和煤化工技术，统筹规划， 有序建设重点示范工程，为“十二五 及更长时期石油替代产业发展奠定基础。同 时，在“十一五 期间，重点发展资源潜力大、技术基本成熟的风力发电、生物质 发电、生物质成型燃料、太阳能利用等可再生能源，以规模化建设带动产业化发展。 我国能源开发与世界能源发展趋势相同，将重点发展太阳能、风能、地热能、 生物质能及其它可再生的清洁能源。其中生物柴油作为可再生生物质能的一种，由 于其来源的稳定性及环境友好性，已经引起了国内外学者广泛关注。 1 生物柴油研究进展 1 1 生物柴油概述 1 1 1 生物柴油的定义 生物柴油是以动物油脂、植物油脂、工业和餐饮业废弃油脂为原料，与甲醇、 乙醇等低碳醇发生酯交换反应得到的脂肪酸甲酯、脂肪酸乙酯。 德国热机工程i ) 币r u d o l p h 经过十几年的艰苦试验，于18 9 6 年成功试制出世界上第 一台柴油机( s a u c e d oe ta 1 ，2 0 0 1 ) 。随后，他在1 9 11 年的巴黎世界博览会上，用花 生油作燃料成功演示了他发明的柴油机。由此到2 0 世纪2 0 年代石油制备的石化柴油 出现之前，植物油一直被用作柴油机的燃烧原料( k o m e r se ta 1 ，2 0 0 2 ) 。但是由于 植物油黏度非常大，大约为石油制备的柴油的1 1 1 7 倍，且挥发性低，在低温下流 动性极差，因此，直接使用植物油作为燃料会引起柴油机发动机内出现较多的沉积、 喷油嘴结焦、活塞环卡死、润滑油变质等一系列严重问题( d e m i r b a se ta 1 2 0 0 6 ) 。 刘俊超华中农业大学2 0 1 0 届硕士毕业论文 为了降低植物油的黏度，提高植物油的挥发性，1 9 8 3 年c r a h a mq u i c k 首次利用亚麻 籽油与甲醇发生酯交换反应制备出一种脂肪酸甲酯，并将其用于柴油机，持续燃烧 了1 0 0 0 h ，随后又正式将可再生的脂肪酸甲酯定义为生物柴油“b i o d i e s e l ，这便是 生物柴油的由来。 1 1 2 生物柴油的特性 生物柴油不仅可以代替石化柴油直接燃烧，也可以按一定比例与石化柴油掺杂 混合后使用。目前，国际上实际应用的生物柴油产品大多是生物柴油与石化柴油按 照一定的比例掺杂混合的混合柴油。混合柴油是根据生物柴油所占比例进行标号命 名的，例如，1 0 的生物柴油与9 0 的石化柴油掺杂混合的产品命名为b 1 0 ，而1 0 0 的生物柴油则命名为b1 0 0 。c a n a k c i 等人在研究中比较了生物柴油与石化柴油的理化 性质，同时研究了生物柴油、石化柴油、混合柴油的污染物排放情况，见表1 1 、表 1 2 ( c a n a k c ie ta 1 2 0 0 3 ) 。 表1 - 1 生物柴油与石化柴油的有关性质对比 t a b l e1 - 1p r o p e r t i e so fb i o d i e s e lc o m p a r e dw i t hp e t r o l e u md i e s e l 从上述数据中分析得出，与石化柴油相比，生物柴油具有以下特性： ( 1 ) 可再生性。制备生物柴油的原料来源于自然界可再生的动植物，因此生物 柴油不会枯竭。目前，由于原料作物的含油量和周期性，以及制备技术的局限，生 物柴油还不能在全球范围内成为石油的替代品，但是作为区域性能源和应急性能源 却有着不可估量的潜力( l e u n g e ta 1 ，2 0 0 1 ) 。 ( 2 ) 环境友好性。由于动植物油脂中硫含量极少，酯交换过程中也不会导入硫 元素，因此燃烧后含硫废气、粉尘的排放几乎为零。在使用生物柴油的柴油机车尾 气中，检出的有毒有机物排放量仅为石化柴油的1 1 0 ，颗粒物为1 5 ，c 0 2 和c o 为1 1 0 ， 大幅减少了对环境的污染，有效阻止了温室效应的形成( a l l i s o ne ta 1 ，2 0 0 3 ，s o n ge t a 1 ，2 0 0 4 ) 。 2 酸功能化离子液体的合成及其在合成生物柴油方面的研究 表1 2 生物柴油与石化柴油污染物排放比较 t a b l e1 - 2p o l l u t a n te m i s s i o no fb i o d i e s e lc o m p a r e dw i t hp e t r o l e u md i e s e l ( 3 ) 良好的燃料性能。生物柴油的十六烷值一般高于4 5 ，对燃烧有利，热效 率比传统石化柴油高；燃烧残留物呈微酸性，有利于延长催化剂和内燃机机油的使 用寿命( g a r o f a l oe ta 1 ，2 0 0 2 ) 。 ( 4 ) 良好的安全性。因为生物柴油自燃点和闪点比一般石化柴油高，所以在运 输、储存、使用方面具有良好的安全性( b o n d i o l ie ta 1 ，2 0 0 2 ) 。 ( 5 ) 优良的润滑性能。经理化性能测试合格的生物柴油可以直接为内燃机 所用而不需要做任何改动，而且生物柴油的润滑性较好，能降低机器的磨损率， 延长机器的使用寿命( 韩德奇等，2 0 0 2 ) 。 1 2 生物柴油的制备方法 1 2 1 直接混合法 由于1 8 9 6 年成功试制出世界上第一台柴油机使用的燃料油就是植物油，因此上 世纪八十年研究者开始关注生物柴油时，直接将天然油脂与石化柴油、溶剂或醇类 均匀混合，以达到降低其粘度和提高挥发度的目的，这样制备的混合燃料符合作为 柴油机燃料的基本要求。a d a m s 等人分别将脱胶大豆油与2 柴油以l ：2 和1 ：1 的比例 均匀混合，并把这两种混合柴油再直接喷射入涡轮发动机运行6 0 0h ，结果表明，大 豆油与2j | i 柴油比例为l ：2 的混合油燃烧性能良好，完全可以用作农用机械的替代燃 料( a d a m sc ta 1 ，1 9 8 3 ) 。但长期使用这种混合型柴油还是会出现污染柴油机喷嘴、 积碳、活塞环粘连、润滑油变稠等问题，严重影响柴油机工作性能，缩短机器寿命， 资源浪费。因此，直接混合法逐渐被研究者所淘汰。 1 2 。2 微乳液法 早期，为了降低动植物油脂的黏度，便将动植物油与溶剂，添加一定表面活性 剂混合制成微乳状液。该微乳状液是由互不相溶的两种溶液、表面活性剂和助表面 3 刘俊超华中农业大学2 0 1 0 届硕士毕业论文 活性剂所形成的分散相液滴直径约为1 0 - - 1 0 0 n m 的胶体分散体系，是一种透明或半 透明的自发形成的热力学稳定体系。制备微乳状液需要大量的表面活性剂和助表面 活性剂，微乳液的分散相液滴尺寸大于胶团，小于常规乳状液液滴，具有胶团和一 般乳状液的某些