黏土掺杂BaCl-离子液体催化乳木果油酯交换反应的动力学机制与工艺优化研究

本研究针对传统生物柴油生产过程中催化剂效率低、成本高的问题，开发了黏土掺杂BaCl-离子液体(CD-BaCl-IL)新型催化剂，通过SEM/XRD/FT-IR等多维表征验证其结构特性，采用LHHW动力学模型解析反应机制（R2 =0.999），确定表面反应为限速步骤，所得生物柴油符合ASTM D6751标准，为可再生燃料工业化生产提供理论支撑。

　　

随着全球能源危机加剧，石油价格持续攀升，寻找可替代的清洁能源成为当务之急。生物柴油因其可再生性和环保特性备受关注，但传统生产工艺面临催化剂效率低、副产物多等瓶颈。乳木果油（Shea butter, SB）作为撒哈拉以南非洲地区特有的植物油，富含油酸等甘油三酯，是理想的生物柴油原料。然而其高游离脂肪酸含量易导致皂化反应，亟需开发高效稳定的非均相催化剂。Michael Okpara University of Agriculture的研究团队创新性地将黏土与BaCl₂
及离子液体复合，构建CD-BaCl-IL催化剂系统，通过系统的动力学研究为生物柴油规模化生产提供理论依据。相关成果发表于《Sustainable Chemistry One World》。

研究采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)等技术表征催化剂形貌结构，结合气相色谱-质谱联用(GCMS)分析产物组成。通过设计单因素实验优化反应条件（催化剂用量4 wt%、甲醇/油摩尔比10:1、60°C），并运用Eley-Rideal(ER)和Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson(LHHW)两种动力学模型解析反应机制。

材料与方法
研究选用尼日利亚Umudike地区传统水提法制备的乳木果油，其酸值达4.3828 mgKOH/g，需预处理避免皂化。催化剂通过浸渍法将BaCl₂
负载于黏土基质并复合离子液体，经BET测试显示其具有优良孔隙结构。

动力学分析
LHHW模型以0.999的拟合优度显著优于ER模型，揭示表面反应为限速步骤(RDS)，即吸附态甘油三酯与甲醇分子的界面反应。活化能45.3 kJ/mol和指前因子6.33×10⁶
h^-1
表明该吸热过程对温度敏感，但需控制在甲醇沸点(64.7°C)以下操作。

结论与展望
该工作证实CD-BaCl-IL催化剂可使生物柴油产率达93%以上，且符合ASTM D6751标准。未来需开展全生命周期评估以验证其工业化可行性，而建立的动力学模型为反应器放大设计奠定基础。Joseph Ezeugo等研究者通过多学科交叉手段，不仅提升了黏土这种廉价材料的附加值，更为发展中国家开发生物能源提供了技术范本。