摘要
生物柴油作为一种可再生燃料，被认为是石化柴油最好的替代品。本文以壳聚糖季铵盐(HTCC)为基体材料，以硅酸钠(Na2SiO3)为催化活性成分，通过交联剂环氧氯丙烷(ECH)将Na2SiO3化学连接在HTCC主链上，制得(HTCC/Na2SiO3/ECH)杂化型催化膜，并进一步以非织造布(NWF)为支撑材料，制得HTCC/Na2SiO3/ECH/NWF复合催化膜构建了膜反应器，实现连续化高效制备生物柴油。研究结果如下: (1)研究催化膜结构与催化性能的关系。通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)、热重-质谱(TG-MS)和透射电子显微镜(TEM)等表征手段研究了HTCC/Na2SiO3/ECH（环氧氯丙烷）杂化交联膜结构与催化性能之间的关系。发现通过交联剂环氧氯丙烷(ECH)，硅酸钠(Na2SiO3)被化学固定于壳聚糖季铵盐(HTCC)分子链上，从而减少催化剂流失，提高使用寿命。以HTCC/Na2SiO3/ECH膜为催化剂，在反应条件:醇油摩尔比6∶1，膜用量4wt.％，55℃，反应时间60min,转化率可达97.0％。 (2)考察HTCC/Na2SiO3/EC H，HTCC/Na2SiO3/GA和未交联HTCC/Na2SiO3三种催化膜的重复使用性。以大豆油为原料采用间歇法催化制备生物柴油。在首次催化时，催化转化率达97.0％以上;第二次开始催化性能都有所下降，但HTCC/Na2SiO3/ECH在重复七次后催化膜一直能保持较高催化活性(83.0％)，而HTCC/Na2SiO3/GA和HTCC/Na2SiO3重复七次后，转化率分别下降到22.0％和23.9％。表明HTCC/Na2SiO3/ECH催化膜比其它两种膜表现出更为优异的催化性能和更长的使用寿命。 (3)对间歇式催化制备生物柴油工艺进行优化。根据中心组合响应面法对反应温度、反应时间、醇油质量比以及催化剂用量等因素进行优化，确定二阶多项式模型和反应因素影响显著性顺序。结果表明:反应温度55℃，醇油摩尔量比6∶1，催化膜含量为油重的4wt.％，反应时间60 min，预测转化率为98.0％，实际值为97.1％，二者基本一致，表明模型有效可靠。 (4)用Flow-through工艺连续催化制备生物柴油。以HTCC/Na2SiO3/ECH为膜材料，丙纶(PP）非织造布(NWF)为支撑层，通过溶剂蒸发法制备HTCC/Na2SiO3/ECH/NWF复合催化膜，并用于固定床膜反应器。在循环flow-through模式下，醇油摩尔比为9∶1，反应温度为60℃，停留时间为180s，单层复合膜，转化率为77.4％;醇油摩尔比为9∶1，反应温度为60℃，停留时间为720s，四层复合膜，转化率为97.9％。
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