膜技术在生物柴油制备中应用研究.ppt
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1、膜技术在生物柴油制备中的应用研究,报告人:张运鸽2013年3月16号,内容摘要,背景介绍,1.生物柴油的发展现状 石油危机和能源安全已成为全球共同关注的问题与此同时,石化燃油大量燃烧带来的环境污染和因碳排放导致的温室效应正日益严重。寻求可持续发展、绿色环保的替代能源正逐渐成为各国政府及相关机构关注的热点和重点。其中,生物柴油被认为是未来解决液体能源问题的重要途径之一。据统计,全世界植物生物能源每年的生产量相当于600800亿吨石油为目前世界石油开采量的2027倍。世界上发达国家生物柴油产业发展非常迅速,德国是生产生物柴油产,背景介绍,量最大的国家,其产量达到380万吨/年,美国生产生物柴油产量
2、也达到225万吨/年,而我国在发展生物柴油方面还有相当大的差距。 2.生物柴油的优势 生物柴油是清洁的可再生能源,它以大豆、油菜籽等油料作物,油棕、黄连木等油料林木果实以及动物油脂、废餐饮油等为原料制成的液体燃料,是优质的石油柴油代用品。生物柴油是典型“绿色能源”。,背景介绍,3.生物柴油的传统制备方法 物理法:包括直接混合法和微乳化法,物理法虽简单易行,能降低动植物油的粘度,但其十六烷值不高,燃烧中产生的积炭和润滑油污染等问题难以解决。化学热裂解法:生产的生物柴油与普通柴油的性质很相近,并且过程简单,基本没有污染物产生。缺点是热裂解法在高温下进行,需加入催化剂,设备昂贵,反应难控制且主要产品
3、是生物汽油,柴油产量不高。,背景介绍,酶法合成生物柴油也存在以下一些问题:脂肪酶对长链脂肪醇的酯化或酯交换反应有效,而对短链脂肪醇如甲醇或乙醇等转化率低,仅为40%60%,并且短链醇对酶有一定的毒性,使酶的使用 寿命缩短。,膜法制备生物柴油,1.膜法制备的简介 膜法制备生物柴油是新近发展的一种膜催化和膜分离集成技术。通过膜材料设计与催化剂的负载能力调控可克服非均相催化剂的不足,并结合膜分离技术选择性地脱除反应产物,可突破反应平衡的限制以提高反应的转化率,同时实现产物的高效率、低能耗分离纯化。比如,在制备生物柴油工艺过程酯化反应和酯交换反应中会产生水和副产物甘油(大约占生物柴油的10%),采用膜
4、技术分离水、提纯生物柴油及副产物甘油将是一种行之有效的方法,膜法制备生物柴油,膜技术目前已经受到人们的广泛重视,并逐渐成为当今制备生物柴油的前沿研究领域之一。本文主要目的是介绍膜技术(即膜催化与膜分离)在生物柴 油制备中的应用研究进展,借以推动生物柴油制备过程的低能耗和环境友好,实现生物柴油制备的低碳发展模式。 2.膜法制备的优势 1)催化活性好; 2)选择性高;,膜法制备生物柴油,3)载体型的膜催化剂呈现出耐化学稳定性,催化寿命延长的特点。,材料与方法,膜是膜技术的核心,膜材料的化学特性和膜的结构对膜性能起着决定性作用。一般对膜材料的要求:具有良好的成膜性,热稳定性,化学稳定性,耐酸、碱、微
5、生物侵蚀和耐氧化性能。从催化膜结构形式来看,催化膜可以是致密膜、也可以是多孔膜。致密膜通常具有很好的力学强度和分离功能,当使用亲水性材料为膜材料时,可以实现催化膜的渗透汽化功能,在酯化反应中实时脱水,使酯化反应向酯生成的方向进行,提高转化率。,材料与方法,多孔膜是指膜本体和表面具有多孔结构的催化膜,它可以提供很大的比表面积,使催化活性中心与反应介质有效接触。另外,反应介质在穿透多孔膜时,与催化活性点强制接触,同时被膜孔结构强制混合,提升混合效果,可克服反应物不相容问题,大大提高膜的催化性能。另外,多孔型催化膜微纳结构的调控也对膜催化性能有至关重要的影响,这是影响催化膜催化性能的重要因素,是目前
6、和今后一段时间内聚合物催化膜研究的重点。,材料与方法,1.高分子催化膜 用于生物柴油制备工艺中的膜催化材料主要是高分子膜材料,这不仅是由于高分子材料具有来源广泛、易加工和价格便宜的优点,而且是由于高分子材料的使用温度能很好满足生物柴油制备工艺的温度要求(如甲醇沸点为64.5),易于实现将催化活性中心在高分子膜上高度分散和高强度负载,从 而到达高催化效率和长使用寿命的目标。就目前来看,一般可通过两种途径来实现高分子膜材料的催化特性:高分子共混膜和无机/有机杂化膜。,材料与方法,2.高分子共混催化膜 在高分子分子链上引入强酸性基团(如 SO H基团)实现高分子膜催化性能的有效途径。这样就要求高分子
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