对甲苯磺酸催化合成油酸甲酯的工艺研究_栗娟娟
第28卷第6期2015年11月
潍坊工程职业学院学报
JOURNALOFWEIFANGENGINEERINGVOCATIONALCOLLEGE
Vol.28No.6Nov.2015
doi:10.3969/j.issn.1009-2080.2015.06.019
对甲苯磺酸催化合成油酸甲酯的工艺研究
1
罗栗娟娟,
111
丹,曾霖琳,张秋云,杨
1
绢,徐
12
娜,马培华
(1.安顺学院化学化工学院,贵州安顺561000;2.贵州大学化学与化工学院,贵阳550025)
催化油酸与甲醇酯化反应制备油酸甲酯,并考察了催化剂用量、醇摘要:本文以对甲苯磺酸作为催化剂,
油摩尔比、反应温度、反应时间等因素对油酸转化率的影响。数据显示:醇油摩尔比为4:1、在催化剂的用量为4wt.%、反应温度70℃的条件下反应90min,油酸的转化率达到92.7%,且该催化剂重复使用五次仍具有较好的催化效果。
关键词:对甲苯磺酸;酯化;油酸甲酯;生物柴油中图分类号:TQ645
文献标志码:A
文章编号:1009-2080(2015)06-0074-03
甲醇反应制备油酸甲酯,探讨了各种因素对酯化反应的影响,优化了催化工艺,并考察了催化剂的重复使
实验部分主要试剂及仪器
油酸(AR),无水甲醇(AR),无水乙醇(AR),石油醚(AR),氢氧化钠(AR),对甲苯磺酸(AR)。
8S-1磁力搅拌器,接触调压器,酸式滴定管(50mL),碱式滴定管(50mL)。
酯化反应
在100mL的单口瓶中,加入5.0g的油酸和计算量的甲醇,然后加入适量的催化剂,搅拌均匀后取样测定其酸值,然后在70℃条件下反应一段时间。反应结束后,冷至室温取样测其酸值。倾出反应液,对甲苯磺酸,分去水层,油层为油酸甲酯。按ISO660-1996标准测定反应前后的酸值,并按照如下公式计算油酸转化率
[11]
随着世界经济的快速发展,全球性石化资源日益枯竭,石油价格不断上涨,燃料供应形势日趋严峻;另
一方面,石化燃料燃烧后排放的废气(如硫氧化物、用性。二氧化碳等)会引起环境污染,导致生态环境恶1化
[1-3]
2014年,。据统计,我国原油消费量为5.081.1
亿吨左右,原油进口已达3.1亿吨,对外依存度将继续攀登。因此,开发新型、环保、可替代的绿色能源已经成为科研工作者重要的研究课题和研究热点。
——生物柴其中,一种富有潜力的可替代燃料—油
[4-7]
(油酸甲酯),引发了研究热潮。生物柴油作1.2
为一种环境友好型燃料,主要由游离脂肪酸(FFA)、动植物油或餐饮废油与低碳链的醇通过酯化或酯交换反应制备而得,它在闪点、冷滤点、含硫量、燃烧耗氧量等方面优于普通柴油,经研究发现,生物柴油作为发动机燃料,能有效的减少有毒气体的排放
[8-9]
。减压蒸馏除去过量的甲醇,将残留物以热水洗涤除去
H2SO4等酸进目前,生物柴油的制备大多采用HCl、行催化制备,但存在腐蚀设备、产生大量废水及污染环境等诸多缺点
[10]
。而对甲苯磺酸作为一种强有机:
酸,具有催化活性高、反应温和、价格低廉、腐蚀小及污染少等优点,而被广泛用于各种酸催化反应中,但以对甲苯磺酸催化制备油酸甲酯的报道较少。因此,本文以对甲苯磺酸作为催化剂,将其用于催化油酸与
收稿日期:2015-10-16
转化率(%)=22.1
结果与讨论
-×100%
初始酸值
催化剂用量对油酸转化率的影响
基金项目:安顺学院2015年度SRT项目(2015SRT03);安顺学院2015年度青年项目(2015AQ03)成果。作者简介:栗娟娟(1992-),安顺学院2013级化学工程与工艺专业本科生。女,河南驻马店人,
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催化剂用量在酯化反应中是影响转化率的一个醇油摩尔比=4:1的条件下探讨了催化剂用量对油酸转化率的影响,结果见图1。由图1可知,在无催在1~4wt.%时,随着催化剂用量的增加,油酸转化为油酸甲酯的转化率达也逐渐增加,当催化剂用量为4wt.%时,油酸转化率为92.7%。然而继续增加催化剂的用量,其转化率变化不大。因此,较适宜的催化剂用量为4wt.%
。
油摩尔比=4:1的反应条件下考察了反应时间对油应30min时,油酸的转化率迅速达80%以上;当反应时间继续增加,在30-90min内,转化率变化较快,间,转化率无明显变化,酯化反应基本达到动力学平衡状态
[12]
结果见图3。从图中可以看出,反重要因素,在反应时间=90min,反应温度=70℃,酸转化率的影响,
油酸转化率为92.7%;继续延长反应时化剂时,油酸转化率极低,不到20%;当催化剂用量90min时,
。因此,选择最适宜的反应时间为90min。
图3反应时间对生物柴油产率的影响
图1
催化剂用量对油酸转化率的影响
图4反应温度对生物柴油产率的影响
2.4反应温度对油酸转化率的影响
在催化剂用量=4wt.%,反应时间=90min,
醇油摩尔比=4:1的反应条件下考察了不同的反应
图2
醇油摩尔比对生物柴油产率的影响
40、50、60、70℃)对油酸酯化反应的影响,温度(30、
结果如图4所示。由图4可知,当反应温度为30℃
2.2醇油摩尔比对油酸转化率的影响
生物柴油的产率为71.2%,随着反应温度的上过量的醇能使反应向正向进行,时,在酯化反应中,
转化率不断上升,这可能由于酯化反应是一个吸有利于酯的生成。因此,在催化剂用量=4wt.%,升,反应时间=90min,反应温度=70℃的反应条件下研究了不同甲醇与油酸摩尔比(2:1-6:1)对酯化反
热反应,反应温度的升高有利于反应正向进行,当反应温度达到70℃时,转化率高达92.7%;由于甲醇的
温度过高会增大它的挥发,降应的影响(见图2)。由图2可知,随着甲醇的增加,沸点较低且容易挥发,
不利于酯化反应的进行。因油酸的转化率也随之增加,当甲醇与油酸摩尔比为低反应液中甲醇的浓度,4:1时,油酸转化率达到92.7%,继续增加甲醇与油缓慢,此时酯化反应已趋于平衡。所以,考虑到成本投入的问题,选择醇油摩尔比为4:1最为合适。2.3
反应时间对油酸转化率的影响
在催化剂用量=4wt.%,反应温度=70℃,醇
此,较佳的反应温度为70℃。
催化剂重复使用性
在催化剂用量=4wt.%,反应时间=90min,反应温度=70℃,醇油摩尔比=4:1的反应条件下,油酸与甲醇酯化反应结束后,经处理分离得到的催化剂直接用于下一次酯化反应,在最佳条件下对催化剂
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酸摩尔比为6:1,油酸转化率为94.2%,转化率增加2.5
的重复使用性进行考察,结果见图5。由图5可知,酯化反应,考查各种酸性催化剂的催化效果,结果见对甲苯磺酸催化剂在5次重复使用过程中,油酸的转化率降低较少,催化剂从第一次的92.7%下降至第五次的72.5%,表明对甲苯磺酸重复使用了5次之后仍然具有较好的催化效果。针对催化活性有所下降,其原因可能是在搅拌及催化剂分离过程中,造成催化剂的流失。
表1。由表1可知,分别使用盐酸、硫酸作为催化剂92.4%,时,油酸的转化率分别为83.6%、而对甲苯磺酸作为催化剂得到油酸转化率92.7%,表明对甲苯磺酸与硫酸催化活性相当,是一种酸性较强的催化剂。
表1
各酸催化剂酯化活性评价
转化率/%
83.692.492.7
不同酸催化剂
盐酸硫酸对甲苯磺酸
结语
研究了对甲苯磺酸催化油酸与甲醇的酯化反应,并考察了各因素对酯化反应的影响,得出最优反应条
图5
催化剂的重复使用性
件为:甲醇与油酸的物质的量比为4:1,反应时间90min,反应温度70℃,对甲苯磺酸的用量为4wt.%,在此条件下,油酸甲酯的转化率达到92.7%。表明对甲苯磺酸是一种性能优良的催化剂,且使用方便,腐蚀性能较硫酸、盐酸小,具有良好的应用前景。
2.6各酸催化剂酯化活性评价
以醇油摩尔比为4:1、催化剂用量为4wt.%、反
应温度为70℃、反应时间为90min条件下,分别使用盐酸、硫酸、对甲苯磺酸作为催化剂催化油酸与甲醇
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(责任编辑:刘小林)
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