固体超强酸的制备及用于催化煎炸废油合成脂肪酸甲酯

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硫酸化氧化锆(简称为SZ)固体超强酸催化剂含有超强酸性,具有较高的催化活性,成为研究的热点。但是,传统的SZ比表面积偏小,孔道分布不够单一,这也就限制了它的潜在应用。本论文研究制备了两种有序介孔SO42-/ZrO2、S2O82-/ZrO2-SiO2和一种纳米S2O82-/ZrO2超强酸催化剂,并应用于煎炸废油的酯交换反应,具体的研究的内容如下:(1)采用正丙醇锆为原料,P123(EO20PO70EO20)为结构导向剂,硫酸铵为磺化剂,采用自组装法,在不同的煅烧温度(400-650℃)下制备了一系列有序的介孔SO42-/ZrO2(OMSZ)。透射电子显微镜(TEM)结果表明,OMSZ的孔结构形状为单一的介孔结构,排列规则。小角XRD衍射分析进一步揭示了OMSZ具有有序六方介孔结构。广角XRD衍射分析表明当煅烧温度高于450℃,氧化锆由无定形态转变为四方晶相。N2-BET结果表明OMSZ是介孔材料(2.7-5.0nm),当煅烧温度为500℃时,BET表面积可达183 m2/g。NH3-TPD程序升温脱附曲线证实,当煅烧温度高于450℃时,OMSZ具有超强酸。FTIR吡啶吸附结果表明OMSZ表面主要是路易斯酸位点。通过考察OMSZ对煎炸废油的酯交换反应的催化活性,在200℃下6 h后可获得92%的收率。(2)采用正丙醇锆和原硅酸四乙酯作为原料,P123作为结构导向剂,通过溶剂蒸发-后浸渍法,在不同煅烧温度(400℃-650℃)合成了一系列有序介孔S2O82-/ZrO2-SiO2(OMSZS)固体超强酸。透射电子显微镜和小角度X射线衍射结果表明OMSZS都是有序的。氮吸附结果表明,OMSZS的比表面积可达331-385m2/g,而平均孔径在3.1-3.2 nm范围内。吡啶红外结果主要显示路易斯酸,氨程序升温脱附(NH3-TPD)表征显示,在550℃煅烧的OMSZS的NH3解吸为61cm3/gSTP。通过废油和甲醇的酯交换反应研究了OMSZS的催化性能。在200℃反应温度下,持续6 h,脂肪酸甲酯的收率可达到94%。反复使用4次后,催化剂仍具有良好的活性,收率为78%。(3)采用溶剂热合成-后沉淀浸渍法制备了具有纳米粒径的S2O82-/ZrO2(NSZ)固体超强酸催化剂,通过NH3-TPD化学脱附曲线,证明催化剂生成了超强酸位。N2吸附-脱附表明NSZ催化剂在随着煅烧温度的升高比表面积逐渐降低在400℃具有最大的比表面积162 m2/g,广角XRD表明催化剂在600℃仍旧保持较高的四方晶相且有少部分四方晶相转变为斜晶相。TEM表征表明合成的催化剂为纳米结构,将其催化剂应用于废油与甲醇酯交换反应中,考察了其在不同条件下的催化性能。
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