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目前，已工業(yè)化的生物柴油主要由均相催化劑即液體酸、堿催化制備的。其優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)速度快、時(shí)間短、轉(zhuǎn)化率高、成本較低等，然而存在催化劑難以分離回收和再利用、副反應(yīng)多和乳化現(xiàn)象，副產(chǎn)物甘油精制困難，后處理復(fù)雜，后續(xù)水洗和中和產(chǎn)生大量的工業(yè)廢水，造成環(huán)境污染等嚴(yán)重問(wèn)題。因此，以固體酸、堿催化劑為基礎(chǔ)的非均相催化劑催化制備生物柴油的工藝應(yīng)運(yùn)而生，已成為生物柴油領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

天然存在的無(wú)機(jī)鹽類(lèi)固體堿非常值得開(kāi)發(fā)，如鉬酸鈉、磷酸礬、碳酸鹽等都被用來(lái)催化生產(chǎn)生物柴油。我園生物能源組助理研究員郭峰博士在大連理工大學(xué)攻讀博士學(xué)位期間，首次對(duì)硅酸鈉的結(jié)構(gòu)和催化行為做了詳細(xì)的研究，經(jīng)簡(jiǎn)單的煅燒工藝獲得了催化活性高效的固體堿。硅酸鈉在煅燒后，可以耐受2.5 wt %的自由酯肪酸和4.0 wt %的水，而且可回收和重復(fù)使用，與煅燒前相比，均得到了較大的改善。煅燒硅酸鈉原料廉價(jià)，對(duì)油脂質(zhì)量要求低，能夠減少?gòu)U水排放，失活催化劑可用作建筑原料，因此具有較大的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。相關(guān)文章發(fā)表在《Fuel Processing Technology》[1]上。

在此基礎(chǔ)上，郭峰博士進(jìn)一步應(yīng)用FT-IR等表征手段研究了煅燒硅酸鈉在甲醇中的價(jià)鍵變化情況，發(fā)現(xiàn)硅酸鈉的Si-O-Na催化基團(tuán)能夠與底物甲醇發(fā)生質(zhì)子交換，從而產(chǎn)生催化酯交換反應(yīng)的高活性基團(tuán)CH3O-。為了證實(shí)該機(jī)理，采用基于Gaussion的B3-LYP功能和6-31+G（d, p）基組的密度功能理論（DFT）模擬計(jì)算酯交換反應(yīng)過(guò)程中的價(jià)鍵參數(shù)，推導(dǎo)官能基團(tuán)供給和接受質(zhì)子的能力，結(jié)果很好地支持了這一質(zhì)子交換催化機(jī)理。在方真研究員的進(jìn)一步指導(dǎo)下，對(duì)該部分工作在理論上做了理順和補(bǔ)充，詳細(xì)闡述了煅燒硅酸鈉催化酯交換反應(yīng)的機(jī)理和煅燒硅酸鈉的耐水機(jī)理。近日，文章被國(guó)際期刊《Fuel》[2]接收。此外，該機(jī)理研究將對(duì)硅酸鈉催化副產(chǎn)甘油制備乳酸的機(jī)理研究提供理論支持。

Transesterification Mechanism Catalyzed by the Calcined Sodium Silicate 

相關(guān)資料如下：

[1] Feng Guo, Zhen-Gang Peng, Jian-Ying Dai, Zhi-Long Xiu. Calcined Sodium Silicate as Solid Base Catalyst for Biodiesel Production. Fuel Processing Technology, 2010, 91(3):322-328.

[2] Feng Guo, Ning-Ning Wei, Zhi-Long Xiu, Zhen Fang. Transesterification Mechanism of Soybean Oil to Biodiesel Catalyzed by Sodium Silicate. Fuel, 2011, doi:10.1016/j.fuel.2011.08.064.

[3] Yun-Duo Long, Feng Guo, Zhen Fang, Xiao-Fei Tian, Li-Qun Jiang, Xin Deng, Fan Zhang. Production of Biodiesel and Lactic Acid from Rapeseed Oil Using Sodium Silicate as Catalyst. Bioresource Technology, 2011, 102(13): 6884-6886.

[4] Feng Guo, Zhen Fang. Biodiesel Production with Solid Catalysts, In the Book: Biodiesel, 2011. Edited by Margarita Stoytcheva, InTech. (ISBN 978-953-307-633-1), (ISSN 0192-303X).

[5] 郭峰，方真，龍運(yùn)多. 一種聯(lián)合生產(chǎn)生物柴油和乳酸的方法. 中國(guó)專(zhuān)利：CN201010537935, 5.

[6] 郭峰，修志龍，張代佳. 煅燒硅酸鈉催化制備生物柴油. 中國(guó)專(zhuān)利：CN200710159084.3.

[7] 修志龍，郭峰，彭振剛. 一種硅酸鹽催化制備生物柴油的方法. 中國(guó)專(zhuān)利：ZL200710011068.X.