磁性氧化石墨烯负载K2CO3催化剂的制备及其在混合油酯交换反应中的应用研究

本研究针对化石燃料枯竭及传统催化剂效率低的问题，开发了以灵芝废菌渣为原料合成的Fe3O4-GO@K2CO3磁性纳米催化剂，用于四种混合油（麻风树油/印楝油/大豆油/米糠油）的酯交换反应，获得95.16%生物柴油产率，催化剂可循环使用3次，为低成本生物燃料生产提供了新策略。

　　

随着全球工业化进程加速，化石燃料的过度消耗导致能源危机与温室气体排放问题日益严峻。传统生物柴油生产面临两大瓶颈：一是依赖均相催化剂易产生皂化副反应，二是原料单一导致成本居高不下。更棘手的是，当前氧化石墨烯(GO)合成普遍采用高污染的Hummers法，而农业废弃物如蘑菇菌渣的处置也亟待绿色解决方案。

针对这些挑战，Bodoland大学化学系的研究团队创新性地将灵芝(Ganoderma lucidum)废菌渣转化为高性能催化剂。他们通过铁茂氧化法合成GO，再经磁化和K₂CO₃负载，制备出Fe₃O₄-GO@K_{CO3纳米复合材料，用于麻风树油/印楝油/大豆油/米糠油四元混合体系(QOM)的酯交换反应。该研究发表在《Bioresource Technology Reports》上，为同时解决农业废弃物处置和清洁能源生产提供了双赢方案。}

关键技术包括：废菌渣衍生GO的绿色合成、磁性纳米复合材料的制备与表征（XRD/BET/VSM等）、四元混合油酯交换工艺优化、反应动力学与热力学分析。

【材料与方法】
研究团队收集灵芝栽培后的锯末菌渣，与铁茂共煅烧制备GO，通过共沉淀法引入Fe₃O₄并负载K₂CO₃。催化剂经XRD证实成功构建Fe₃O₄晶相（2θ=35.5°），BET显示比表面积达109.7 m²/g，VSM测得饱和磁化强度31.76 emu/g，确保良好磁回收性。

【结果与讨论】
在7 wt%催化剂、9:1甲醇油比、65°C条件下获得95.16%生物柴油产率。动力学分析揭示反应符合伪一级模型，活化能56.02 kJ/mol。催化剂经3次循环后活性保持92%，归因于K₂CO₃与Fe₃O₄-GO的协同稳定作用。FT-IR证实产物中C=O酯键特征峰(1743 cm^-1)，GC-MS显示主要成分为棕榈酸甲酯(38.7%)和油酸甲酯(29.3%)。

该研究首次实现蘑菇菌渣到高效催化剂的升级转化，相比传统Hummers法减少90%有毒气体排放。通过混合油策略将原料成本降低42%，且催化剂磁分离特性简化了后处理流程。未来可通过掺杂稀土元素进一步提升催化剂循环稳定性，推动农业废弃物基生物柴油的工业化应用。