优化Mg-Al水滑石催化剂：加速生物柴油酯交换反应的突破

来自 实验室仪器网

一种新型催化剂在短短15分钟内就达到了近99%的产量，为绿色燃料生产开创了先例。

研究人员开发了一种固体催化剂，可在这段时间内实现98.79%的生物柴油产量，比传统的水滑石基系统快得多。由习安世友大学郑景迪及其同事领导的团队通过仔细调整其成分和结构来优化Mg-Al水滑石催化剂。他们的方法涉及将各种金属盐与碳酸钾（K2一氧化碳3），研究发现可显着提高催化剂的活性、孔隙结构和可重复使用性。

水滑石或层状双氢氧化物因其可调碱性和多孔结构而被广泛研究为酯交换的固体碱催化剂。然而，传统形式反应时间长且转化效率有限，通常需要长达两个小时才能获得高产量。

研究人员此前已经证明，金属盐前体（例如醋酸镁）可以扩大层间间距，增加孔隙体积并增强对活性位点的访问。

另外，K2一氧化碳3已知可以增强催化碱性，但其在甲醇中的部分溶解度引起了人们对浸出和稳定性的担忧。

这项新研究通过将乙酸盐衍生的水滑石框架与K相结合来应对这两个挑战2一氧化碳3浸渍，形成一种结合了高表面积、强大的介孔性和丰富活性位点的催化剂。

采用共沉淀法合成催化剂，采用不同的金属盐前驱体、乙酸盐、氯化物和硝酸盐，以及三种沉淀剂：Na2一氧化碳3，K2一氧化碳3·那2一氧化碳3和K2一氧化碳3.然后使用一系列技术对催化剂进行表征，包括FT-IR、XRD、TG-DTA、CO2-TPD、BET和SEM。

与用氯化物或硝酸盐制备的催化剂相比，用乙酸盐制备的催化剂表现出更大的层间距、更高的表面积和更均匀的颗粒形态。SEM和BET分析证实，孔隙分布得到改善，团聚减少，从而增强了活性位点的可及性。

当K2一氧化碳3以沉淀剂为原料，产生的催化剂表现出最强的碱性，经CO2-TPD曲线以及煅烧过程中活性铝酸钾和氧化镁的形成。

该研究还引入了一种使用菜籽油、甲醇和乙酸甲酯的三组分酯交换系统。这种构型不仅加速了反应，还消除了甘油副产物，将其转化为燃料添加剂单乙酸甘油，提高了整体原子经济性。

在温和条件下，60°C，10wt%的催化剂，油：乙酸甲酯：甲醇比为1：1：10，优化后的催化剂（K2一氧化碳3/MgAl（CH3COOH）-K2一氧化碳3-LDO）在短短15分钟内实现了98.79%的生物柴油产量。

使用标准水滑石或CaO基体系，类似反应通常需要30分钟到2小时。该催化剂在连续六个循环中也表现出优异的稳定性，收率仅略有下降至94.82%，这归功于其介孔结构和热稳定活性相。这种可回收性水平是工业生存能力的关键。

通过将醋酸盐基镁铝水滑石与K2CO3配对，研究人员创造了一种能够快速、高产量和无甘油生物柴油生产的固体催化剂。他们的研究结果强调了调整化学成分和孔隙结构以提高反应效率和催化剂寿命的重要性。

这项研究为使用多相固体碱催化剂的可扩展生物柴油合成提供了一条充满希望的前进道路——一条既能解决速度又能解决可持续性的道路。

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