全 文 ：文章编号:0253-2409(2012)03-0337-08
收稿日期:2011-04-03;修回日期:2011-06-17。
基金项目:国家自然科学基金(20976148) ;国家重大科技专项(2009ZX07212-001-03) ;湖南省研究生科研创新项目(CXZ010B268)。
联系作者:曾虹燕，教授，E-mail:hyzeng@ xtu． edu． cn，Tel:0731-58298175。
作者简介:赵策(1986-) ，男，硕士研究生，主要从事纳米无机材料制备与应用的研究。
镁铁水滑石的制备及其对小球藻油脂合成生物柴油的催化性能
赵 策，曾虹燕，黄 炎，刘平乐，王亚举，杨永杰，张 伟
(湘潭大学 化工学院，湖南 湘潭 411105)
摘 要:用改良尿素法制备了镁铁水滑石(MgFe-LDH) ，对其在小球藻油脂合成生物柴油反应中的催化性能进行了研究。利
用 XRD、FT-IR、SEM 及 FT-IR拟合、去卷积分析等技术对所制备的 MgFe-LDH进行了表征，考察了 pH 值、Mg /Fe 摩尔比、反
应温度和时间对其结构和性能的影响。结果表明，Mg /Fe摩尔比为 3 或 4、pH值为 9． 5，在 110 ℃条件下反应 10 h，所制备的
MgFe-LDH(Mg3Fe或 Mg4Fe)结晶度最高，粒径均匀，结构规整。与 Mg /Fe 摩尔比为 2 的 MgFe-LDH(Mg2Fe)相比，Mg3Fe
或 Mg4Fe在完全分解焙烧时，其层板结构保持稳定，具有较高的晶体结晶度、较多的催化活性位和较高的催化活性。以
Mg3Fe金属氧化物为催化剂，在醇 /油摩尔比为 6 时反应 1． 5 h，生物柴油产率可达 87%;该催化剂循环使用 3 次，仍具一定催
化活性。
关键词:镁铁水滑石;小球藻;生物柴油;去卷积
中图分类号:TQ132． 2 文献标识码:A
Preparation of MgFe-hydrotalcites and their catalytic
performance in synthesis of biodiese l oil from chlorella protothecoides oil
ZHAO Ce，ZENG Hong-yan，HUANG Yan，LIU Ping-le，WANG Ya-ju，YANG Yong-jie，ZHANG Wei
(School of Chemical Engineering，Xiangtan University，Xiangtan 411105，China)
Abstract:MgFe-hydrotalcites (MgFe-LDH)were prepared by using improved urea method and used as the
catalysts in the synthesis of biodiesel oil from chlorella protothecoides oil． The hydrotalcites were characterized
by XRD，FT-IR，SEM as well as Fourier self-deconvolution and band curve-fitting analyses;the effects of pH
value，Mg /Fe mol ratio，temperature and time to prepare the hydrotalcites on their properties and catalytic
performances were investigated． The results showed that the MgFe-LDH with Mg /Fe mol ratio of 3 and 4
(Mg3Fe and Mg4Fe) ，prepared at 110 ℃ and pH value of 9． 5 for 10 h exhibits high symmetrical crystalline
structure． The brucite-like layer of Mg3Fe and Mg4Fe hydrotalcites are stable under calcination for a completely
decomposition． compared with the Mg2Fe hydrotalcite with Mg /Fe mol ratio of 2，Mg3Fe and Mg4Fe upon
calcination exhibit higher crystallinity and more active sites and higher catalytic activity． For the synthesis of
biodiesel oil from chlorella protothecoides oil over the Mg3Fe catalyst，with methanol /oil molar ratio of 6 in the
feed，the biodiesel oil yield reaches 87% after reaction 1． 5 h;the catalyst can be reused for three times without
serious deactivation．
Key words:MgFe-hydrotalcite;chlorella protothecoides;biodiesel;deconvolution
水滑石类化合物(layered double hydroxides，
LDHs)是一类阴离子层状复合氢氧化物，在碱催化、
加氢、氧化、催化剂载体、离子交换材料、吸附材料等
领域得到了广泛应用［1］。当主体层板中引入过渡
金属离子 Fe3+时，形成镁铁水滑石(MgFe-LDH) ，其
潜在的磁、电、光等特性可赋予 LDHs一些独特的性
能［2，3］，经过高温焙烧后可以用作各种碱性催化剂
和氧化还原型催化剂或载体，且易于分离，可重复利
用，对环境无污染，是一种很好的环境友好固体催
化剂［4，5］。
生物柴油是利用微生物、微藻或动植物油脂等
可再生资源制得的清洁安全燃料，具有可生物降解、
可再生、清洁无毒和燃烧完全等诸多优点而成为石
油替代产品［6］。以植物油、动物油和废食用油等为
原料与醇通过酯交换反应即可得生物柴油(脂肪酸
甲酯)［7］，但却须消耗大量动植物油脂，油脂成本过
高，油脂原材料难以保证，而通过生物发酵工艺培养
可积累大量油脂的小球藻，显明降低了油脂成本，从
根本上解决生物柴油油脂原料问题［8］。非均相固
体催化剂用于酯交换反应，生产工艺简单、产品后处
理方便、易分离、无废水产生［9］。MgFe-LDH 因具
磁性，使之更易分离回收，是制备生物柴油的理想催
第 40 卷 第 3 期
2012 年 3 月
燃 料 化 学 学 报
Journal of Fuel Chemistry and Technology
Vol． 40 No． 3
Mar． 2012
化剂。
目前，LDHs制备方法主要有共沉淀法和尿素
法［10］，用其金属氧化物催化剂催化酯交换反应制备
生物柴油已有报道［11，12］，但用尿素法制备镁铁水滑
石，并用于催化小球藻油制备生物柴油的研究报道
却较少［13］。为了探讨 MgFe-LDH 制备过程和催化
酯交换反应的影响，本研究采用尿素改良均相沉淀
法制备高结晶度、结构规整且粒径均一的 MgFe-
LDH，同时考察了其焙烧产物对催化小球藻
(Chlorella protothecoides CS-41)获取的精制藻油酯
交换合成生物柴油的影响。
1 实验部分
1． 1 MgFe-LDH 制备［13］ 将 Mg(NO3)2·6H2 O
和 Fe(NO3)3·9H2O 按 Mg /Fe摩尔比为 2、3 或 4 用
去离子水配成盐溶液(A 溶液) ，按一定尿素 /Fe3+摩
尔比添加尿素于 A 溶液中混合均匀配制成 B 溶液。
将 B 溶液倒入三口烧瓶中，预热至 70 ℃。继续加热
B 溶液至一定温度并用 0． 6 mol /L NaOH 溶液调节
pH值至 3，并通过尿素 /Fe3+摩尔比来调节反应体系
的 pH值［13］，强力搅拌继续加热至一定温度反应一
段时间。反应液在 80 ℃条件下晶化 10 h，反复过
滤、洗涤至洗涤液为中性，干燥后得镁铁水滑石，记
为 MgFe-LDH;Mg /Fe 摩尔比为 2、3 和 4 的 MgFe-
LDH 分别记为 Mg2Fe、Mg3Fe 和 Mg4Fe。MgFe-
LDH的相对产量为:
产率(yield %)= 实际生成水滑石质量
理论生成水滑石质量
× 100%
将部分 MgFe-LDH样品于马弗炉中以5 ℃ /min
升温至 500 ℃，焙烧 4 h后，冷却至室温，得 MgFe金
属氧化物，记为 MgFe-LDO。
1． 2 生物柴油的制备 以甲醇、培养小球藻获取的
精制藻油(酸价:0． 5 mg(KOH)/ g;水分含量:
0． 2 %)和 MgFe-LDOs 为原料，催化剂的质量分数
为 1． 0 %(以总反应物料的质量计) ，并按一定的
醇 /油摩尔比将物料装入 500 mL 三口烧瓶中，恒温
水浴加热，强力搅拌，温度控制在 60 ℃，每 30 min
取样测定转化率。反应结束后，抽滤分离催化剂，产
品倒入分液漏斗静置分层，上层为生物柴油，下层为
甘油。回收的催化剂用正己烷洗涤，甲醇洗去残留
正己烷，置烘箱干燥，备用。
1． 3 MgFe-LDH 表征 日本理学 D /max 2550PC
型 X 射线衍射仪进行样品物相和结晶度分析，辐射
源 CuKa，管电流 250 mA，管电压 40 kV，扫描速率为
2° /min;Sirion200 型高分辨场发射扫描电镜(荷兰
FEI公司)进行样品微观形貌分析;美国 PE 公司
Specrum Qne B 型傅里叶变换红外光谱仪进行
FT-IR分析(KBr压片法) ，波数为 4 000 ～ 400 cm－1;
Mettler Toledo pH5-2C 型 pH计测定 pH值。
1． 4 生物柴油分析 采用氢氧化钾-甲醇室温对精
制微藻油脂进行油脂甲酯化，所得脂肪酸甲酯用美
国 Agilent 6980N 型气相色谱仪分析，以确定微藻中
主要脂肪酸组成，用于计算理论的甲酯含量(生物
柴油)。同时所得产物-生物柴油(脂肪酸甲酯)也
进行色谱分析。FID 检测器温度为 300 ℃、气化室
温度为 300 ℃;柱升温程序:以 120 ℃开始，保持
2 min，以 2 ℃ /min 升至 200 ℃，保持 10 min;载气为
高纯氮气，流量为 19． 0 mL /min;氢气流量为
40 mL /min;空气流量为 400 mL /min;进样量为1 μL。
以十三酸甲酯作为内标物。生物柴油收率计算如下:
产率(yield %)= 生物柴油实际产量
生物柴油理论产量
×100%
2 结果与讨论
2． 1 制备条件对MgFe-LDH 结构和性能的影响
2． 1． 1 pH 值 通过调节尿素 /Fe3+摩尔比来调节
反应体系 pH 值［13］。在 Mg /Fe 摩尔比为 3、尿素 /
Fe3+摩尔比为 12 和 110 ℃的条件下反应，考察 pH
值对 MgFe-LDH产率的影响，具体见图 1。
图 1 pH值对 MgFe-LDH产率的影响
Figure 1 Effect of pH value in reaction system
on the yield of MgFe-LDH
由图 1 可见，当 pH 值小于 8． 5 时，未发现
MgFe-LDH沉淀;当 pH值为 8． 5时，形成少量 MgFe-
LDH沉淀，产率约为 16%;当 pH值在 8． 5 ～ 9． 5 时，
MgFe-LDH的产率约为 82%;当 pH 值大于 9． 5 时，
MgFe-LDH产率随 pH值的升高反而略有下降，可能
是由于在高 pH 值条件下，反应体系趋于形成无定
形氢氧化镁沉淀［1］，从而使 MgFe-LDH产率降低。
833 燃 料 化 学 学 报 第 40 卷
图 2 为不同 pH值条件下制备的 MgFe-LDH的
XRD 谱图。
图 2 不同 pH值制备的 MgFe-LDH的 XRD 谱图
Figure 2 XRD patterns of MgFe-LDHs
in different pH value conditions
a:pH=10． 5;b:pH=9． 5;c:pH=8． 5
由图2可知，所制MgFe-LDH均具有(003)、
(006)、(009)的典型 LDHs 晶面层板结构特征衍射
峰。当 pH值为 9． 5 时，所得产物 XRD 衍射峰最强
且峰形较窄，且在 60°左右出现明显的(110)和
(113)晶面衍射双峰，表明产物晶型的对称性良好、
晶相单一、结构规整和结晶度高。当 pH 值为 8． 5
和 10． 5 时，XRD 谱图中 LDHs 的特征衍射峰相对
减弱。当 pH值为8． 5时，(110)和(113)晶面的对
称衍射峰不明显;pH 值为 10． 5 时，可以发现其
(015)和(018)衍射峰不明显，表明其结构对称性
和结晶度降低［2］。
图 3 为不同 pH值条件下制备的 MgFe-LDH的
SEM 谱图。从图 3 可知，当 pH值为 8． 5 时，颗粒间
界限模糊，颗粒细小，团聚现象严重;当 pH 值为
10． 5时，MgFe-LDH具层状结构，粒径大小不均，并
伴随有不同程度的聚集现象;当 pH 值为 9． 5 时，
MgFe-LDH呈现出较完美的层状和片状形貌，晶粒
大小均一。这些与 XRD 分析结果一致。
图 3 不同 pH值制备的 MgFe-LDH的 SEM 谱图
Figure 3 SEM images of MgFe-LDH in different pH value
(a) :pH=8． 5; (b) :pH=9． 5; (c) :pH=10． 5
2． 1． 2 反应温度和时间 图 4(a)为 Mg /Fe 摩尔
比为 3 和尿素 /Fe3+摩尔比为 12 的条件下反应，温
度对MgFe-LDH产率的影响。从图 4(a)可知，当反
应温度低于 110 ℃时，其产率随温度的升高迅速上
升。这可能是由于随着温度的升高，尿素分解加大，
反应体系 pH 值继续攀升并趋于稳定，反应速率加
快，导致 MgFe-LDH产率升高。当温度超过 110 ℃
时，产率呈下降趋势。因为虽然高温可使尿素急速
分解形成 NH3，但反应体系在同等压力下，为达到
气液平衡，NH3在反应液中溶解度降低，导致 NH3迅
速挥发，从而使反应液中 pH 值较在低温下(＜
110 ℃)反应液中的 pH 值所下降，故产率略有降
低。图 4(b)为在 Mg /Fe 摩尔比为 3、尿素 /Fe3+摩
尔比为 12 和 110 ℃条件下，反应时间对 MgFe-LDH
产率的影响。从图 4(b)可知，MgFe-LDH产率随着
反应时间的延长而快速提高，反应 10 h 左右达到最
大值并趋于稳定。
2． 1． 3 Mg /Fe摩尔比 在 110 ℃和尿素 /Fe3+摩尔
比为 12 的条件下反应 10 h，制备的不同 Mg /Fe 摩
尔比 MgFe-LDH的 XRD、SEM 和 FT-IR分别见图 5
～图 7。从图 5 可知，所有 MgFe-LDH 样品均具有
相对衍射较强的(003)、(006)、(009)和(110)晶面
的对称峰及(015)、(018)晶面的非对称衍射峰。随
着 Mg /Fe摩尔比的增加，水滑石的特征峰逐渐增强
且尖锐，表明其层状结构规整性提高。这可能是由
于共沉淀形成层状结构时，三价金属阳离子的极化
作用较二价的大，定向排列困难，不易形成层状晶
形，故随着三价铁含量的逐渐减小，其层状晶形趋于
规整［14］。
933第 3 期 赵 策 等:镁铁水滑石的制备及其对小球藻油脂合成生物柴油的催化性能
图 4 反应温度和时间对产率的影响
Figure 4 Effect of temperature and time on the yield of MgFe-LDH
图 5 不同 Mg /Fe摩尔比的 MgFe-LDHs的 XRD 谱图
Figure 5 XRD patterns of MgFe-LDH
with different Mg /Fe mol ratios
a:Mg /Fe=4;b:Mg /Fe=3;c:Mg /Fe=2
表 1 为不同 Mg /Fe摩尔比的 MgFe-LDHs结构
参数。
表 1 不同Mg /Fe 摩尔比的MgFe-LDHs 结构参数
Table 1 Indexing of XRD patterns for
MgFe-LDHs with different Mg /Fe mol ratios
Mg /Fe mol ratio 2 3 4
d(003)/nm 0． 774 19 0． 793 58 0． 789 36
d(006)/nm 0． 386 70 0． 394 83 0． 393 79
d(009)/nm 0． 264 51 0． 263 31 0． 263 31
d(110)/nm 0． 155 66 0． 155 80 0． 155 66
Lattice parameter c /nm 2． 322 57 2． 380 74 2． 368 08
Lattice parameter a /nm 0． 311 32 0． 311 60 0． 311 32
FWHM003 /(°) 0． 567 0． 450 0． 512
FWHM006 /(°) 0． 517 0． 587 0． 577
FWHM009 /(°) 0． 800 0． 472 0． 598
FWHM110 /(°) 0． 608 0． 371 0． 360
FWHM113 /(°) 0． 608 0． 453 0． 546
由表 1 可知，表当 Mg /Fe 摩尔比为 2 时，各谱
峰的峰形较宽，水滑石层状结构较差;Mg /Fe 摩尔
比为 3 和 4 时，其谱峰对称性好，谱峰窄而尖锐，为
高结晶度水滑石层状结构化合物的特征峰，但
Mg3Fe的峰型几无杂峰，而 Mg4Fe的有碱式碳酸镁
(Mg2(OH)2CO3)杂峰出现，可能当 Mg /Fe 摩尔比
较大 时，物 相 中 Mg2+ 含 量 过 高，从 而 生 成
Mg2(OH)2CO3。由表 1 可知，Mg3Fe 的 d(003)值
最大，层间距 c 最大。晶胞参数 a 反映了(110)晶
面的原子排列密度，各样品 d(110)无明显差异。这
可能是由于 Mg2+ 半径(0． 066 nm)与 Fe3+ 半径
(0． 064 nm)相近，而 Mg2+所带电荷数少于 Fe3+，故
随着 Mg /Fe摩尔比增大，晶面原子排列密度不变。
层板正电荷密度降低，层板间作用力弱，这可能将导
致层板结构的稳定性差。
由图 6 可以看出，Mg2Fe 晶体虽可见层状结
构，但团聚现象严重，大小分布不均;Mg3Fe 晶体呈
薄而规整的片层结构，晶形发育良好，晶粒大小均
一。Mg4Fe晶体为不规则层状结构，层状结构较紧
密，层板堆积。
从图 7 可知，在 3 450 cm－1和 1 640 cm－1附近各
有一宽的吸收峰，分别是由羟基的伸缩振动 υ-OH
和水分子弯曲振动 δ-OH 引起的。其中，3 450 cm－1
附近的吸收峰为各种 υ-OH振动峰，这包括Mg-OH、
Fe-OH、H-OH 等羟基叠合而成［1］。层间水分子如
与层间 CO3
2–或层板羟基之间发生氢键作用，此峰
可向低波数偏移［14］，Mg /Fe 摩尔比为 3 时，其υ-OH
吸收峰向高波数偏移，表明其层间水分子与层间
CO3
2–或层板羟基之间发生氢键作用减弱。1 000 ～
500 cm－1出现的是 CO3
2–和 MgFe-LDH主体层板骨
架 Mg-OH-Fe振动特征吸收峰;1 360 和 667 cm－1附
近吸收峰分别对应 CO3
2–的反对称伸缩振动(ν3)和
反对称弯曲振动(ν4) ;2 976 cm
－1处的吸收峰为
043 燃 料 化 学 学 报 第 40 卷
H2O-CO3
2－的桥式振动。
图 6 不同 Mg /Fe摩尔比的 MgFe-LDHs SEM 照片
Figure 6 SEM images of MgFe-LDHs with different Mg /Fe mol ratios
(a) :Mg2Fe; (b) :Mg3Fe; (c) :Mg4Fe
图 7 不同 Mg /Fe摩尔比 MgFe-LDHs的 FT-IR谱图
Figure 7 FT-IR spectra of MgFe-LDHs with different
Mg /Fe mol ratios
a:Mg2Fe;b:Mg3Fe;c:Mg4Fe
FT-IR在鉴定化学基团方面起着重要的作用。
去卷积拟合技术可提高 FT-IR 的分辨率，从而更有
效地分析样品中化学基团微小变化，而拟合处理可
以得到具体基团组成。图 8、图 9 分别为采用
PeakFit软件分析处理不同Mg / Fe摩尔比MgFe -
LDH样品的 FT-IR 在 2 600 ～ 3 800 cm－1和 500 ～
1 100 cm－1高斯函数拟合图(r2 ＞0． 998)。
从图 8 可知，2 950 ～ 3 050 cm－1处的谱峰为
CO3
2–-H2O 之间以桥接模式作用所致。Mg3Fe 和
Mg4Fe的吸收峰都在 3 006 cm－1附近，而 Mg2Fe 此
处峰位向高波数有较大偏移，表明其层间水分子与
CO3
2–之间发生的氢键作用较 Mg3Fe、Mg4Fe 弱，导
致层间 CO3
2– 有序性及对称排列方式稳定性降
低［14］。3 240 cm－1附近为层间水分子之间氢键作用
的吸收峰，Mg4Fe 此处吸收峰较 Mg2Fe、Mg3Fe 向
高波数偏移，表明层间水之间作用力较弱，而水分子
与层间 CO3
2–或层板羟基之间发生氢键作用较强。
最强吸收峰(约 3 465 cm－1)归属于 Fe-OH的伸缩振
动，由图 8 可知，随着 Mg /Fe摩尔比增大，此吸收峰
向高波数偏移，与 Fe-OH 成键数量相对较少、作用
力减弱一致。大于 3 600 cm－1的吸收峰为 Fe-OH与
Mg-OH 共同作用所致，Mg3Fe 此吸收峰波数最大
(3 631 cm－1) ，表明其 Mg-OH作用力最弱［15］。
图 8 FT-IR在 2600 ～ 3800 cm–1拟合曲线
Figure 8 FT-IR curve-fittings in 2 600 ～ 3 800 cm－1 region
(a) :Mg2Fe; (b) :Mg3Fe; (c) :Mg4Fe
图 9 为 FT-IR在 500 ～ 1 100 cm－1拟合曲线。从
图 9 可知，543 cm－1和 737 cm－1附近的吸收峰归属于
阳离子(Mg2+、Fe3+)的晶格平移振动，而 Fe3+对晶格
平移振动影响较大［15］。由图 9 还可知，随着 Mg /Fe
143第 3 期 赵 策 等:镁铁水滑石的制备及其对小球藻油脂合成生物柴油的催化性能
摩尔比增大，两吸收峰均向低波数偏移，表明 Mg /
Fe摩尔比越大，Mg2+、Fe3+晶格振动越强，晶体层板
结构越不稳定，与层板正电荷密度降低、层板结构不
稳定分析结果一致。588 cm－1附近的吸收峰是由羟
基(-OH)平移振动所致，受 Mg2+影响较大。667 和
823 cm－1附近的吸收峰为 CO3
2–的反对称弯曲振动
(v4)和面外弯曲振动(v2) ，Mg4Fe 的 v2振动吸收峰
(850 cm－1 )较 Mg2Fe (823 cm－1 )和 Mg3Fe
(820 cm－1)向高波数偏移，并在 870 处存在吸收峰，
表明其 CO3
2–的 v2振动虽出现一定变化，但振动减
弱，层间 CO3
2–易形成规整排布。995 与 1 058 cm－1
附近的吸收峰分别属于Fe-OH与 Fe-OH之间的弯曲
振动和 CO3
2–的对称伸缩振动(v1) ，v1 振动出现表
明层间 CO3
2–的规整性和对称性有所降低［14］。
图 9 FT-IR在 500 ～ 1 100 cm－1拟合曲线
Figure 9 FT-IR curve-fittings in 500 ～ 1 100 cm－1 region
(a) :Mg2Fe; (b) :Mg3Fe; (c) :Mg4Fe
为了对层间 CO3
2–排布和对称性做进一步说
明，对 1 000 ～ 1 700 cm－1吸收谱进行去卷积处理，结
果见图 10。
图 10 FT-IR在 1 000 ～ 1 700 cm－1去卷积谱图
Figure 10 Deconvolved FT-IR spectra in the region 1 000 ～ 1 700 cm－1
(a) :Mg2Fe; (b) :Mg3Fe; (c) :Mg4Fe
由图 10 可见，三种样品均在 1 350 ～ 1 500 cm－1
处分裂为多个子峰，且在 1 060 cm－1处出现肩峰。
其中，Mg3Fe 仅分裂为 2 子峰，而 Mg2Fe 和 Mg4Fe
分别为 3 和 4 个子峰。Mg3Fe在该区域子峰数量最
少，表明 Mg3Fe 层间 CO3
2–振动形式单一，易在层
间规整排布。
综上所述，当 Mg /Fe 摩尔比为 3 或 4、pH 值为
9． 5 和 110 ℃条件下反应 10 h，可制备出高产率、高
结晶度，层状结构规整高且具一定稳定性的 MgFe-
LDH。
2． 2 MgFe-LDO催化性能
2． 2． 1 Mg /Fe 摩尔比和醇 /油比 在醇 /油比为 6
的条件下反应 3 h，考察不同 Mg /Fe 摩尔比 MgFe-
LDO 对酯交换合成生物柴油产率影响见图 11(a)。
由图 11(a)可知，当 Mg /Fe 摩尔比从 2 增加到 4
时，反应达到平衡所需要的时间从 2 h缩短到1． 5 h。
当 Mg /Fe摩尔比为 3 和 4 时，反应 1． 5 h 达到平衡
后生物柴油的产率均可达约 88%。而 Mg /Fe 摩尔
比为 2 时，反应 2 h 达到平衡，其平衡产率仅为
82%。在反应体系中，MgFe-LDO 催化剂前体的结
晶度越高，催化活性越强［7］。Mg3Fe和Mg4Fe的晶
体结晶度高于 Mg2Fe的结晶度(图 5) ，前两者的催
化活性高于 Mg2Fe的催化活性，故催化甲醇与油脂
的反应加快，在较短的时间内可生成大量的甲氧基，
从而加速酯交换反应和提高甲酯的平衡产率;另一
方面，Mg3Fe 和 Mg4Fe 层板结构稳定性低于
243 燃 料 化 学 学 报 第 40 卷
Mg2Fe，说明水滑石层板过于稳定将导致其催化活
性降低，层板结构稳定性必需处于一适当范围，其焙
烧时水滑石分解较为完全，催化活性位多，活性高。
在 Mg /Fe 摩尔比为 3 的条件下反应 1． 5 h，探
讨醇 /油摩尔比对酯交换合成生物柴油产率影响，其
结果见图 11(b)。由图 11(b)可知，随着甲醇含量
的增多，生物柴油的产率逐渐增大，当醇 /油摩尔比
为 6 时，产率高达 87%，继续加大醇 /油摩尔比，产
率变化不大。
图 11 不同 Mg /Fe摩尔比 MgFe-LDO 和醇 /油比对生物柴油产率的影响
Figure 11 Effect of MgFe-LDHs with different Mg /Fe mol ratios and methanol /oil mol ratio on the yield of biodiesel
(a)▲:Mg4Fe;●:Mg3Fe;■:Mg2Fe; (b)■:methanol /oil (mol ratio)
2． 2． 2 催化剂使用次数 在 Mg /Fe 摩尔比为 3 和
醇 /油比为 6 条件下反应 1． 5 h，催化剂使用次数对
其催化剂活性的影响，结果见图 12。
图 12 使用次数对生物柴油产率的影响
Figure 12 Effect of reusable times on the yield of biodiesel
从图 12 可看出，随着催化剂使用次数的增加，
其催化合成生物柴油的产率明显下降。当重复使用
3 次后，生物柴油的产率仅为 70%。
3 结 论
在 Mg /Fe摩尔比为 3 或 4、pH 值为 9． 5、反应
温度 110 ℃条件下反应 10 h，可制备出高结晶度、结
构规整且粒径 均 一 的 MgFe-LDH。Mg2Fe 和
Mg4Fe 层板间 CO3
2–有序性及对称排列方式稳定
性较 Mg3Fe的低。
Mg3Fe和 Mg4Fe焙烧的金属氧化物催化活性
高于 Mg2Fe的催化活性，这是由于前两者的晶体结
晶度高于 Mg2Fe的缘故。Mg3Fe 和 Mg4Fe 层板结
构稳定性低于 Mg2Fe的，说明水滑石层板过于稳定
将导致其催化活性降低，层板结构稳定性必需处于
一适当范围才可具有较高催化活性，加快反应进行。
当在醇 /油摩尔比为 6 和反应 1． 5 h 的条件下，
Mg3Fe-LDO 催化小球藻油酯交换合成生物柴油产
率可达 87%。催化剂循环使用 3 次仍具有 70%催
化活性。
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