综述：多孔材料负载的异质碱性氧化钙纳米催化剂在酯交换反应中的应用研究

这篇综述系统总结了氧化钙(CaO)作为碱性固体催化剂在生物柴油生产中的研究进展，重点探讨了纳米级CaO催化剂在多孔材料上的负载技术，及其对催化活性、稳定性和重复使用性的提升作用。文章全面分析了CaO基催化剂从生物质废弃物中的合成方法、反应机理及性能优化策略，为开发高效可持续的纳米催化剂提供了重要参考。

　　

多孔材料负载的异质碱性CaO纳米催化剂研究进展

1. 引言

能源短缺和环境污染推动了对可再生燃料的探索，生物柴油因其环保特性成为石油柴油的理想替代品。目前全球生物柴油年产量已达600亿升，欧盟占据95%的生产份额。通过酯交换反应（Transesterification）将动植物油脂转化为脂肪酸甲酯（FAME）是主流生产工艺，其中催化剂的选择至关重要。

2. 碱性金属氧化物催化剂比较

在MgO、CaO、SrO和BaO等碱性催化剂中，CaO因其强碱性（pH 15.0-18.4）、低成本和非毒性脱颖而出。实验数据显示，BaO虽具有最高活性（95.4%产率），但存在严重浸出问题；而CaO在优化条件下可实现99%的转化率。值得注意的是，CaO的催化性能与其比表面积（5.1-90 m²/g）和孔结构密切相关。

3. CaO催化机制与改性策略

CaO通过表面甲氧基离子攻击甘油三酯的羰基碳，形成四面体中间体完成酯交换。为提高性能，研究者开发了多种改性方法：

• 水合-脱水处理使比表面积提升至93.9 m²/g
• 与ZnO、La₂O₃等形成复合氧化物，循环使用次数可达15次
• 纳米化处理（粒径<100nm）使反应速率提高30%

4. 多孔材料负载技术

采用沸石、活性炭（AC）或二氧化硅（SiO₂）作为载体可显著改善性能：

• 甘蔗渣灰负载CaO在65°C下获得93.8%产率
• 介孔SiO₂负载使催化剂循环稳定性提升至12次
• 磁性Fe₃O₄@CaO复合材料可通过外磁场分离

5. 纳米催化剂的突破

纳米CaO催化剂展现出独特优势：

• 溶胶-凝胶法制备的CaO纳米颗粒（30-42nm）使大豆油转化率达97.61%
• 微波辅助合成将反应时间从4小时缩短至4分钟
• 生物模板法利用香蕉皮提取物合成的催化剂可循环使用9次

6. 未来发展方向

当前研究聚焦于：
1）开发新型生物质载体（如果壳、骨粉）
2）优化纳米催化剂制备的绿色工艺
3）解决工业化放大中的传质限制问题
4）探索催化剂失活机制与再生方法

该领域的发展将为生物柴油的大规模生产提供更经济、环保的解决方案，助力实现碳中和目标。