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植物油环氧化反应动力学研究进展 班级 09包装工程 姓名 董家荣 学号 20091052013 指导教师 黄元波 一本文研究的背景及意义 背景 首先 面对石油的日益枯竭与化工能源的需求的不断上升之间的矛盾 环境污染日益加剧与环境友好型之间的矛盾充分要求发展绿色环保可再生资源的必要性 其次 我国是一个农业大国 油料资源丰富 过氧化氢产品充足 这对发展环氧植物油提供了原料保障 意义 意义 植物油的环氧化反应属于复杂反应 国内常用的生产工艺 大部分是靠人们的经验来设定 缺少一定的理论指导 而对植物油的环氧化反应动力学进行研究可以更完整的掌握整个反应过程以及反应中正副反应的变化规律 通过理论指导来改善环氧化植物油制造工艺 有利于制定最佳工艺条件 对提高出油率 生产出高品质 高环氧值植物油具有重要的实际意义 也为以后植物油环氧化方面的研究提供理论依据 二研究目标 了解植物油的主要组成和植物油环氧化反应基本原理 研究植物油环氧化反应在不同催化和氧化作用下反应的优缺点及反应过程中的基元反应 讨论植物油环氧化反应动力学方程及动力学研究进展 三论文结构 1 植物油的组成2 植物油环氧化反应原理3 植物油环氧化研究进展3 1溶剂法和无溶剂法优缺点3 2不同催化剂作用下植物油环氧化研究3 3自催化作用下植物油环氧化研究4 植物油环氧化反应动力学研究5 总结6 论文不足之处7 致谢 1 植物油组成 常用于环氧化的植物油有大豆油 菜籽油 橄榄油 葵花籽油 玉米油 花生油 棕榈油 植物油的主要成分是甘油三脂肪酸酯 目前环氧大豆油已经实现工业化 植物油中脂肪酸成分主要是油酸 亚油酸 亚麻酸 棕榈酸 硬脂酸等 只是相对含量不同 所以环氧化反应过程具有相似性 2 植物油环氧化基本原理 植物油分子中的不饱和双键在催化剂作用下与氧化剂反应得到环氧植物油 一般分为两步 过氧化和环氧化 1 过氧化 有机酸被过氧化氢预氧化为过氧化有机酸 2 植物油环氧化基本原理 2 环氧化 过氧化有机酸将植物油氧化为环氧化物 3 植物油环氧化研究进展 3 1溶剂法和无溶剂法优缺点溶剂法由于所用溶剂为苯及苯的同系物 环境污染严重 且生产流程长 设备多 三废处理量大 产品质量差 近年逐渐被无溶剂法所替代 无溶剂法有生产流程短 反应温度低 反应时间短 副产物少 产品环氧值高与色泽浅等优点 但无溶剂法也有反应稳定性差 设备腐蚀 环境污染 生成的环氧基易开环等缺点 有待向利用甲酸自催化和生物酶新型制备方向进一步改进 3 植物油环氧化研究进展 3 2不同催化剂作用下植物油环氧化研究进展常用的植物油环氧化催化剂有硫酸催化催化法 有机酸自催化法 离子交换树脂催化法 硫酸铝催化法 杂多酸盐 过渡金属配合物 催化 在催化剂中 以硫酸最为常用 但同时危害环境 产物选择性较低 作为对硫酸催化法的改进 酸性阳离子交换树脂催化法能提高产物选择性 但催化剂成本较高 反应时间较长 3 植物油环氧化研究进展 硫酸铝比酸性阳离子交换树脂成本低 但须严格控制杂质Fe2 含量 而且单用硫酸铝催化反应时间较长 产品颜色较深 综上所述 直接利用甲酸自身酸性来催化 具有较大的应用价值 钨 钛 铼等过渡金属配合物和酶催化植物油的环氧化具有较大的应用前景 尤其是含钨的杂多酸盐相转移催化体系 不仅活性较高 而且催化剂和产物易于分离 然而这些催化剂的成本通常较高 反应时间较长 为了改善相互接触 有时还需要添加有毒溶剂 从绿色化和经济化的方面来对这些合成工艺进一步优化 使其工业化并开发新型 高效 绿色且廉价的催化体系 是今后环氧化植物油合成领域的研究重点而开发价格低廉 性能稳定的酶催化剂和工艺是未来的发展方向 3 植物油环氧化研究进展 3 3有机酸自催化作用下植物油环氧化研究有机酸自催化法是指不添加其它任何催化剂 以有机酸为氧载体 与过氧化氢相互作用 生成过氧有机酸 水相中的过氧有机酸在搅拌作用下扩散至有机相 与有机相中的不饱和双键反应生成环氧油脂 该工艺反应周期短 产品环氧值高 色泽浅 且无污染 具有良好的工业化前景 有机酸自催化法中最常用的是甲酸自催化 甲酸自催化体系无需外加催化剂 成本低 后处理简单 对设备腐蚀性小 所得产物环氧值较高 4 植物油环氧化反应动力学研究 以大豆油和过氧甲酸为例 植物油环氧化中有三个主要的基元反应 1 大豆油与过氧甲酸的反应 4 植物油环氧化反应动力学研究 2 环氧基团与水的反应整个复杂的反应过程中基元反应 2 影响因素是很微弱的 可以忽略不计 因此整个植物油环氧化反应中连串反应由基元反应 1 和基元反应 3 构成 整个副反应是基元反应 3 的作用 4 植物油环氧化反应动力学研究 3 环氧基团与甲酸的反应以上三个基元反应变换不同温度或不同反应物浓度及反应时间时做比较通过动力学方程可以得出各反应物反应级数 反应速率 活化能等 五 结论 目前 国内外对植物油环氧化反应动力学的研究还相对较少 现有的研究主要集中在植物油与过氧酸 离子交换树脂催化 自催化的反应动力学方面 通过不同的植物油与催化剂间的反应来 在不同条件下来研究环氧化动力学的反应速率 反应级数 活化能等来选择出最佳的反应条件 指导实际生产工艺 从而提高植物油利用率和出油率 降低成本 减少污染 是我们研究植物油环氧化动力学的意义所在 六 本论文的不足之处 由于本人所学知识有限 对专业知识的深入研究不够 在一些内容表述和论证上存在着不当之处 希望在座的老师和同学斧正 七 致谢 大学本科的学习生活即将结束 在此 我要感谢所有曾经教导过我的老师和关心过我的同学 你们在我成长过程中给予了我很大的帮助 本文能够顺利完成 要特别感谢我的指导老师黄元波老师 感谢在座的各位老师和同学 希望你们提出宝贵的修改意见