塔尔油制备生物柴油及阳离子施胶剂的研究
塔尔油作为松木碱法制浆黑液的回收物,包含脂肪酸、松香酸和甾醇等高实用价值成分。它在全球范围内产量巨大,价格相对低廉,是一种极具应用潜力高性价比的化工原料。随着我国造纸行业高速发展与松木制浆广泛应用,塔尔油产量与日俱增。目前,我国对塔尔油的利用不够重视,缺乏对其进行深入的利用研究,除少量作为分馏制备脂肪酸、浮油松香等产品的原料外,大部分作为低端原材料出口,导致我国塔尔油资源的严重浪费。<br>   为实现塔尔油的综合利用、进一步提升其经济附加值,本研究对塔尔油进行系列改性,制备环境友好型的生物柴油,并对其进行品质检测和成分...
塔尔油作为松木碱法制浆黑液的回收物,包含脂肪酸、松香酸和甾醇等高实用价值成分。它在全球范围内产量巨大,价格相对低廉,是一种极具应用潜力高性价比的化工原料。随着我国造纸行业高速发展与松木制浆广泛应用,塔尔油产量与日俱增。目前,我国对塔尔油的利用不够重视,缺乏对其进行深入的利用研究,除少量作为分馏制备脂肪酸、浮油松香等产品的原料外,大部分作为低端原材料出口,导致我国塔尔油资源的严重浪费。
   为实现塔尔油的综合利用、进一步提升其经济附加值,本研究对塔尔油进行系列改性,制备环境友好型的生物柴油,并对其进行品质检测和成分分析;进一步将制备生物柴油后剩余的高沸物通过强化、乳化、阳离子化制备适用于中/碱性施胶的阳离子分散施胶剂,并对其进行应用与表征,分析其内在机理。本研究主要结论有:
   (1)以粗塔尔油为原料通过酸催化制备生物柴油。其中,浓硫酸催化效果最佳,产物得率可达46.5%;通过L9(34)正交实验和单因素分析,优化出最佳工艺:催化剂用量3.0%,反应时间120min、温度65℃,甲醇用量75%;产物品质虽略低于欧美生物柴油标准,但完全可作为O(#)柴油使用;
   (2)以粗塔尔油预分离的塔尔油脂肪酸(TOFA)为原料,固体酸为催化剂,通过超声波辐射辅助强化获得高品质生物柴油。其中,NKC-9型强酸性阳离子交换树脂的催化性能最佳,超声波辐射的强化辅助可有效提高TOFA转化率,缩短反应时间:经单因素分析得到最佳工艺条件:反应温度65℃、反应时间1h、甲醇与TOFA摩尔比10:1、脱水剂用量为TOFA的6%、NKC-9用量为TOFA的40%,实现TOFA转化率90%;产物品质检测与气相色谱分析结果表明:产物品质符合欧美生物柴油标准,成分以油酸甲酯和亚油酸甲酯为主,可作为优质生物柴油使用;在假设的动力学模型与实验数据的基础上利用MATLAB软件计算,得到超声波辐射强化固体酸催化酯化的相关动力学参数,其模型拟合图形与实验数据高度吻合,计算所得参数很好地解释了实验所呈现的规律及内在机理;
   (3)利用制备生物柴油后剩余的塔尔油高沸物(TORA),成功制备塔尔油分散施胶剂。乳化剂为高、低分子二元表面活性剂复配体系,复配比例为5:3,施胶环境pH为5,胶料用量为纸浆用量的2%,纸张Cobb值可达10.00g/m2,抗张指数达12.26lN.m/g;
   (4)以聚合氯化铝(PAC)为阳离子化转型试剂,纳米纤维素(NCC)、聚乙烯醇(PVA)、羧甲基纤维素钠(CMC)作为增效剂,制备的系列阳离子施胶剂(NCC-CTS、PVA-CTS和CMC-CTS),能用于中性施胶环境;其中CMC-CTS型阳离子旌胶剂的施胶性能最佳,Cobb值为12.67g/m2。施胶剂Zeta电位检测表明,塔尔油分散施胶剂经转型后成功实现阳离子化;激光粒径检测和红外光谱分析发现,转型后施胶剂粒径增大,光谱图中出现新的吸收振动峰和部分吸收振动峰的低频红移,表明PVA和CMC与PAC溶液、施胶剂颗粒发生化学键合,而非简单物理混合,而NCC只是起到稳定的作用;纸张表面接触角分析表明,阳离子施胶剂对纸浆的内施胶可有效降低纸张表面富含羟基的高能状态,从表面能量角度解释了纸张的施胶机理。
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作者: 林炎平
学科专业: 林产化学加工工程
授予学位: 硕士
学位授予单位: 福建农林大学
导师姓名: 陈学榕
学位年度: 2010
语 种: chi
分类号: TE667 TS727.5
在线出版日期: 2010年12月22日