研究
，卷:16(3)
高岭土/灰基非均相催化剂体系的研制与表征
- *通信:
- Edeh F尼日利亚贡贝州立大学化学系电子邮件: (电子邮件保护)
收到:2018年12月11日;接受:2018年12月24日;发表:2018年12月31日
引用:伊德·F，乔尔·JM，耶尔瓦·JM，等。高岭土/灰基非均相催化剂体系的研制与表征。中国机械工程学报，2018;16(3):141
摘要
以白刺根、茎、叶的灰分为原料，制备了多相催化剂。用高岭土浸渍催化剂进行化学活化。采用湿法浸渍法制备不同质量的活化催化剂。用扫描电镜、x射线衍射分析、x射线荧光等方法对催化剂进行了表征。此外，高岭土/灰基催化剂，当测试浪费食用油，具有相当大的化学稳定性，可以重复使用，而其催化活性不会有重大损失。
关键字
异构催化剂;浸渍;高岭土;可重用性;催化活性
简介
在化学中，有些物质可以改变反应的速率而不被消耗掉。这些被称为催化剂;这种物质的作用是松开将反应分子中的原子束缚在一起的键。因此，它被称为催化作用。多相催化是指在反应中使用的催化剂与反应物处于不同的物理相[1］．
催化剂在化学工业中非常重要，使用它们可以提高化学过程的效率，降低制造商的总成本。投入更多的时间和资源去发现新的更好的催化剂也许并不令人惊讶。尽管如此，许多催化反应的机理还没有被很好地理解，化学工业中使用的许多催化剂都是通过反复试验而不是基础研究发现的。2］．
在尼日利亚，许多行业在其化学过程中使用催化剂。这些催化剂都是价格不菲的进口外汇成本方面，需要使用当地的专业知识和原材料在当地采购催化剂。这个国家有黏土和沙子的矿藏，可以用作重要的矿物物种用于催化剂开发。高岭土是一种廉价而丰富的粘土，在非洲和尼日利亚的许多地方都有发现，可用于催化剂开发[3.］．
材料与方法
材料
Crotalaria pallidaAiton植物被收集在贡贝州联邦教学医院和联邦低成本住宅小区的路边。贡贝州立大学生物科学系鉴定了这种植物。将植物的根、茎、叶分别灰化，分别用于沿包池路获得的高岭土载体上进行催化反应。浪费食用油也从贡贝州当地妇女那里获得，用于酯交换[4］．
催化剂的制备
采用湿浸渍法制备催化剂[5]，即:在不同的灰分上分别加入一定量的高岭土。将催化剂在一定温度下干燥后在空气中焙烧5 h。10.2毫升股票将高岭土溶液缓慢地加入新干燥的10克灰中，不断搅拌，直到得到均匀的混合物。水是通过在地幔上加热样品来除去的。将得到的粉末在500ºC下煅烧5小时。A、B、C、D分别为5、10、15、20 wt.%高岭土负载的催化剂。通过表征确定了高岭土负载对催化剂结构和催化效果的影响。
催化剂的表征
稳定性和可重用性测试:确定了制备的催化剂在生产中的重复利用生物柴油从浪费油灰基催化剂的稳定性评价。反应在160ºC下以500 rpm的速度进行。这个过程重复了三次。每循环后采用过滤法回收催化剂，再利用。第一批反应使用的催化剂据说是100%的相对活性。1、2和3表示催化运行，而油转化率的值以百分比定义。所得值与标准ASTM D6751 [5］．
使用前用x射线衍射仪和扫描电镜测定了灰/高岭土催化剂的金属氧化物组成和结构;这种材料被磨成细粉[6］．
扫描电子显微镜:在制造完成后，利用扫描电镜对催化剂植入物和毛坯进行表面形貌研究。它们首先被干燥，粘在铝样品盒上，并在氩气气氛下涂上金。采用扫描电镜(JSM 848, Joel, Japan)在适当的放大倍率下对样品进行分析[7］．
XRD分析:使用Bruker AXS D8先进衍射仪研究了纯催化剂和负载PCL植入物的衍射模式。定义0 ~ 60为扫描范围，2为每分钟扫描速度增加0.02 [8］．
光谱仪分析:样品制备为平面圆盘，直径20-50 mm，研磨成细粉。样品分析采用本文提出的方法[6］．
结果与讨论
催化剂的表征
下图分别为制备的催化剂A、B、C、D的XRD图谱、XRF矿物组成和SEM。
稳定性和可重用性测试
并进行了催化剂稳定性和可重复使用性测试，如图所示图1在哪里图1-3.表示运行次数，而浪费与根和茎样品相比，叶样品的食用油转化率分别为87.5%、75.5%和51.5%。的浪费当该过程重复1-3次时，食用油转化率从87.5%缓慢下降到51.5%。另一方面，在第三次运行中观察到催化性能的显著下降，这表明经过多次洗涤和纯化过程后，催化剂的活性位点数量显著减少[9］．催化剂失活的两个可能原因是表面中毒和结构坍塌[9］．表面中毒可能是由于催化剂表面附着了甘油三酯(TG)、二甘油三酯(DG)和单甘油三酯(MG)，极性较弱的溶剂无法去除[9］．因此，重复使用和再生研究的结果明确表明，高岭土/灰催化剂在酯交换反应中非常稳定和持久，优于报道[10］．叶、根、茎样品中灰分含量分别为30.33%、27.66%、29.69%。运动粘度在400◦C和酸值(mg KOH/g)为浪费食用油为55毫米2/s和3.37。
图1:稳定性和可重用性测试生物柴油产率(%)在160°C 24小时。
图2:(A)质量分数为5%，(B)质量分数为10%，(C)质量分数为15%，(D)质量分数为20%的高岭土/灰分基催化剂的XRD。
图3:树叶样品中5%(催化剂A)、10%(催化剂B)、15%(催化剂C)和20%(催化剂D)高岭土/灰分基催化剂的SEM显微图。
XRD分析
图2描述了以高岭土/灰基催化剂为原料制备的质量分数为5%、10%、15%和20%的催化剂的XRD谱图。叶子样品的XRD结果分别为A、B、C、D。可以看出，剩下的催化剂A、B、D没有发生变化，这说明它们的晶体结构没有发生变化。相反，催化剂C的XRD谱图发生了明显的变化，即如图所示的峰强度发生了位移图2在下面。反应过程中碳质物质的吸收引起的x射线屏蔽可能导致了峰的移动。Breck DW等，Adebajo MO等，[11，12]在他们对沸石水化和萘被甲烷甲基化的不同研究中报告了类似的观察结果。
x射线荧光
XRF数据揭示了从树叶样品中提取的高岭土/灰分催化剂合成的材料的组成。表1而且2介绍从叶片样品中制备的高岭土/灰基催化剂的XRF分析得到的组成值。表征结果显示高CaO、高SiO2， K2O, MgO, Al2O3., TiO2合成材料中的含量。而当高岭土浓度增加时，Al2O3., TiO2，和SiO2CaO和K2O降低，CaO和K2O增加。这一趋势可能与水稻产量的增加有关生物柴油［13］．
| �一个催化剂 | �B催化剂 | �C催化剂 | �D催化剂 | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 矿物质 | 浓度(Wt %) | 矿物质 | 浓度(Wt %) | 矿物质 | 浓度(Wt %) | 矿物质 | 浓度(Wt %) |
| Na2O | 0.000 | Na2O | 0.000 | Na2O | 0.000 | 分别以 | 5.926 |
| 分别以 | 5.443 | 分别以 | 5.149 | 分别以 | 4.768 | 氧化铝 | 20.039 |
| 艾尔2O3. | 7.497 | 艾尔2O3. | 11.760 | 艾尔2O3. | 14.587 | SiO2 | 26.536 |
| SiO2 | 16.982 | SiO2 | 21.058 | SiO2 | 24.120 | P2O5 | 2.865 |
| P2O5 | 3.896 | P2O5 | 3.465 | P2O5 | 3.246 | 所以3. | 0.810 |
| SO3 | 1.776 | 所以3. | 1.497 | 所以3. | 1.423 | Cl | 0.404 |
| Cl | 0.862 | Cl | 0.767 | Cl | 0.667 | K2O | 8.662 |
| K2O | 12.481 | K2O | 11.493 | K2O | 10.273 | 曹 | 31.332 |
| 曹 | 47.165 | 曹 | 40.879 | 曹 | 37.041 | TiO2 | 1.511 |
| TiO2 | 0.887 | TiO2 | 1.296 | TiO2 | 1.425 | Cr2O3. | 0.004 |
| Cr2O3. | 0.004 | Cr2O3. | 0.005 | Cr2O3. | 0.003 | 锰2O3. | 0.652 |
| 锰2O3. | 1.333 | 锰2O3. | 1.071 | 锰2O3. | 0.945 | Fe2O3 | 1.071 |
| 菲2O3. | 1.397 | Fe2O3 | 1.331 | 菲2O3. | 1.294 | 氧化锌 | 0.042 |
| 氧化锌 | 0.078 | 氧化锌 | 0.062 | 氧化锌 | 0.056 | 地面读数 | 0.128 |
| 地面读数 | 0.199 | 地面读数 | 0.167 | 地面读数 | 0.151 | 分别以 | 5.926 |
表1:高岭土/灰基催化剂的化学组成。
| 矿物 | 浓度(Wt %) |
|---|---|
| 艾尔2O3. | 32.9% |
| 菲2O3. | 1.1 x 10 - 3% |
| K2O | 0.53% |
| Na2O | 0.018% |
| TiO2 | 7.9 x 10-4% |
| 保 | 4.2 × 10-3% |
表2:碱式高岭土中相应的氧化物组成。
扫描电子显微镜
形态:利用扫描电镜对叶片样品的颗粒大小和形状进行了研究，图像如图所示图3．观察到A、B、C、D催化剂具有一定的形貌和晶体结构(与XRD图对齐)，晶体尺寸为1mm，分布均匀。可以观察到，从树叶样本中得到的所有图像都有良好的色散。在催化剂C中发现了一个紧密而整齐的球形颗粒，而在催化剂A和B中发现了一个类似于氧化钙结构的大尺寸颗粒分布。催化剂A和B形成了一组不均匀的结晶颗粒。据观察，催化剂负载的增加导致了颗粒尺寸的大幅减小，这可能是晶体结合性质的明显原因。
高岭土/灰基催化剂的结晶性质与CeO的一致2Taufiq-Yap等人报道的-CaO纳米复合氧化物，[9］．由于灰分在表面上很好地分散并进入高岭土的孔隙中，观察到颗粒表面存在各种大孔隙。因此，孔隙率随灰分含量的降低而降低。据观察，催化剂D表现出较小颗粒的均匀组合，这可能会增加催化剂的功效。从图中可以看出，催化剂孔径均匀，孔结构高度排列，具有规整的特点。
结论
多相催化是生物柴油生产中强有力的基础技术之一。用灰分浸渍高岭土制备了这种多相催化剂。浸渍和浸渍材料的选择是基于它们的可用性、无毒和廉价。重复使用和再生研究结果表明，高岭土/灰土催化剂在反应过程中具有良好的稳定性和持久性。然而，SEM和XRD均证实了所开发的高岭土/灰土基催化剂的化学和晶体结构，而XRF测量揭示了所制备的催化剂的组成数据。
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