石墨相氮化碳(g-C3N4)/碳酸钾(K2CO3)复合催化剂在四元混合油生物柴油合成中的高效催化作用

本文推荐一种新型异质催化剂K2CO3/g-C3N4，通过热聚合法制备，用于催化麻疯树-水黄皮-印?-蓖麻(JPNC)四元混合油转酯化反应。该催化剂在9 wt.%用量、65°C条件下35分钟内实现97.05%生物柴油产率，具有介孔结构(9.97 m2/g)和3次循环稳定性，符合国际标准且环境友好。

　　

Highlight

本研究开发了K₂CO₃/g-C₃N₄新型异质催化剂，通过热聚合三聚氰胺与碳酸钾(1:1)在550°C制备。该催化剂在转酯化反应中展现出卓越性能：以9:1甲醇油比、9 wt.%催化剂用量、65°C反应条件，35±2.88分钟即可获得97.05±0.40%生物柴油产率。动力学研究表明该反应为非自发吸热过程，活化能为68.78 kJ/mol。催化剂经3次循环仍保持活性，且环境评估证实其绿色特性。

Materials and reagents

实验采用印度Udaipur采购的麻疯树(J. curcas)、水黄皮(P. pinnata)、印楝(A. indica)、蓖麻(R. communis)四种油品，按API重力比混合为JPNC四元油。催化剂原料碳酸钾(K₂CO₃，99%)和三聚氰胺(C₃H₆N₆)购自印度知名试剂公司。

Quality analysis of oils

JPNC混合油密度0.9273 g/cm³，酸值1.82 mg KOH/g，符合转酯化要求。单种油中蓖麻油密度最高(0.9548 g/cm³)，麻疯树油最低(0.9118 g/cm³)。混合油碘值98.63 g I₂/100g，表明不饱和度高，利于生物柴油低温性能。

Conclusions

K₂CO₃/g-C₃N₄催化剂成功解决了传统均相催化剂分离困难、腐蚀设备等问题。其高活性源于g-C₃N₄的二维层状结构提供分散位点，K₂CO₃增强碱性位点协同作用。该研究为生物柴油工业化生产提供了高效、可持续的催化解决方案。