钙掺杂锌铝水滑石催化蓖麻油制备生物柴油的性能优化与机理研究

来自某研究团队的研究人员针对非食用性二代原料蓖麻油(Ricinus communis)转化生物柴油的催化效率问题，开发了钙掺杂锌铝水滑石(ZAC(X))催化剂。通过调控Ca/Al摩尔比(X=0.01-0.05)，发现ZAC(0.03)在200°C热活化后形成48% hydrozincite活性相及1.5的M–O-/M-OH位点比，实现96.04% FAME收率，动力学常数达1.8×10?3 L/gcat·min，较未掺杂催化剂提升2.3倍。该催化剂可循环使用4次且符合EN 14214标准，为高粘度(14.358 mm2/s)蓖麻油生物柴油的工业应用提供新方案。

　　

这项突破性研究聚焦于利用非食用性蓖麻油(Ricinus communis oil)作为二代生物柴油原料，创新性地采用钙掺杂锌铝水滑石(Zn-Al hydrotalcite)催化剂体系。通过精确调控Ca/Al摩尔比(X=0.01-0.05)并固定Zn/Al=2，科研团队采用共沉淀法合成ZAC(X)系列催化剂。

热活化过程在200°C触发脱水脱羟基反应，巧妙构建了Lewis酸碱对(M–O-)和Br?nsted碱性位点(-OH)，同时生成大量金属氧化物-碳酸根复合物及关键活性相hydrozincite。XPS分析揭示，钙掺杂使hydrozincite含量从31.5%(ZAC(0.0))跃升至48%，其中ZAC(0.03)更展现出1.5的最佳M–O-/M-OH位点比例。

在优化条件(3%催化剂用量，油:甲醇=1:30，200°C，2h)下，ZAC(0.03)表现出卓越的催化性能：FAME收率高达96.04%，逼近EN 14214标准；动力学常数达1.8×10^?3 L/g_cat·min，分别是未掺杂体系和Zr/Ce基催化剂的2.3倍和1.45-1.7倍。值得注意的是，该催化剂在连续4次循环中保持稳定活性，无需再活化处理。

尽管蓖麻油生物柴油存在高粘度(14.358 mm²/s)和低十六烷值(30.7)的缺陷，研究建议通过与柴油混配提升实用性。成本分析显示催化剂合成成本约0.91美元/克，为工业化应用提供了重要参考。