固体酸催化剂催化油酸和甲醇酯化合成油酸甲酯

固体酸催化剂催化油酸和甲醇酯化合成油酸甲酯

随着世界石油储量的消耗和温室气体排放的增加，寻求可替代能源是当务之急。生物柴油由于具有可再生、可降解、无毒等优点,因而成为有发展潜力的生物燃料将碳源经过碳化,形成具有大量多环芳香碳环构成的无定形碳结构,然后通过磺化,在其表面负载磺酸基,得到碳基固体酸催化剂,由于制备过程简单、热稳定性好、机械强度高,酸密度大,近来越来越受到关注,在催化领域具有较为广阔的应用前景本文以蔗糖和对甲基苯磺酸为原料,采用水热法一步合成了碳基固体酸催化剂,以油酸和甲醇为原料合成油酸甲酯做模型反应,对催化剂用量、醇酸摩尔比、反应时间和催化剂重复使用性等因素进行了探讨。该催化剂具有生产成本低、制备过程简单、易分离回收等优点,适宜条件下酯化率可达94.96%,重复使用5次仍具有一定的催化活性。1实验部分1.1红外光谱等.油酸、甲醇、无水乙醇、对甲基苯磺酸、氢氧化钾、蔗糖等均为分析纯。Avatar360型FTIR傅里叶变换红外光谱仪;DX-2500型X射线衍射仪;CL-2型恒温加热磁力搅拌器;SHB-Ⅲ型循环水式多用真空泵。1.2g蔗糖和对甲基苯磺酸溶液在100mL水热釜中,加入10g蔗糖和10g对甲基苯磺酸,混匀,180℃恒温24h。冷却至室温,研磨,用蒸馏水洗涤至滤液中无SO1.3催化剂和甲醇在100mL三口烧瓶中依次加入0.1mol油酸、一定量的催化剂和甲醇,加热回流反应一定时间。用KOH的无水乙醇溶液滴定反应体系起始和结束后的酸值,计算酯化反应的酯化率,酯化率%=(反应起始的酸值-反应结束的酸值)/反应起始的酸值1.4催化剂的性能采用傅里叶变换红外光谱仪测定催化剂的结构,KBr压片法,测量范围500~4000cm2结果与讨论2.1一般条件下的催化剂综合征2.1.1c-400和司c-tsoh的xrd谱图测试条件:CuKα射线,管电压36kV,管电流14mA,扫描范围2θ=10~70°。图1是Suc-180和Suc-TsOH的XRD谱图。由图1可知,Suc-180和Suc-TsOH分别在2θ=21.04,22.63°处有一宽的衍射峰,归属为由许多芳香碳环无序堆积构成的无定形碳(2θ=10~30°),与Suc-180相比,Suc-TsOH的衍射峰稍向右移,说明磺酸基引入的同时,也促使了碳结构进一步转化2.1.2红外光谱分析由图2可知,Suc-TsOH的谱图中1032,1118cm2.2反应条件对棕榈率的影响2.2.1催化剂用量对酯化率的影响醇酸摩尔比6∶1,反应时间5h,催化剂用量对酯化率的影响见图3。由图3可知,随着催化剂用量的增加酯化率明显提高,但当催化剂用量超过1.0g(油酸质量的3.54%)时,酯化率反而略有下降,可能是催化剂用量过多引起了副反应的发生,降低了主反应的选择性。2.2.2醇酸摩尔比对酯化率的影响催化剂用量1.0g,反应时间5h,醇酸摩尔比对酯化率的影响见图4。由图4可知,随着醇酸摩尔比的增大,酯化率随之增加,当醇酸摩尔比为6∶1时,酯化率达到最大;醇酸摩尔比继续增加,酯化率则明显下降。这是因为甲醇的沸点比油酸的沸点低很多,随着醇酸摩尔比的增加,低沸点的甲醇在体系中所占的比例增加,反应体系的温度降低,酯化反应速率减小,所以醇酸摩尔比超过6∶1时酯化率随之下降。2.2.3反应时间对酯化率的影响催化剂用量为1.0g,醇酸摩尔比6∶1,反应时间对酯化率的影响见图5。由图5可知,随着反应时间的延长,酯化率随之增加,当反应时间超过7h后,酯化率反而明显下降。可能是反应时间过长,引起副反应所致。2.2.4次数对酯化率的影响催化剂用量1.0g,醇酸摩尔比6∶1,反应时间5h,催化剂重复使用次数对酯化率的影响见图6。由图6可知,催化剂重复使用1次,酯化率可高于60%,但继续重复使用,酯化率下降较为明显,可能是由于磺酸基的脱落以及活性位被覆盖所致,可将碳基固体酸催化剂重新进行磺化处理,以提高催化剂的催化活性。3催化剂的用量及用量以蔗糖和对甲基苯磺酸混合物为原料,采用水热法一步合成了碳基固体酸催化剂,用于催化油酸和甲醇酯化反应合成油酸甲酯。该催化剂具有良好的催化活性,适宜反应条件为:醇酸摩尔比6∶1,催化剂用量1.0g(油酸质量的3.54%),反应时间7h,酯