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本论文旨在探索高效、环保、绿色催化的固体催化制备及其酯化催化动力学，以期实现废食用油脂中游离脂肪酸制备生物柴油的资源化利用。
以聚醚砜(PES)作为基体材料，强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂微粉(平均粒径24.96μm)(CERP)为催化剂，采用浸没沉淀转变法，制备出不同孔结构的CERP/PES杂化催化膜，研究发现膜的催化效果随着孔隙率的增加而增加。在醇油质量比2.5:1，催化剂使用量为酸化油重的12.5wt.％，反应温度64℃，反应时间8h时，游离脂肪酸的转化率达到95.8％。
以催化膜为基础，自行设计、制造了膜催化反应器，基于酸化油与甲醇的连续膜催化酯化反应。在醇油质量比2.5:1，杂化催化膜用量为酸化油重的5wt.％，反应物流速15ml/min，反应时间35h，脂肪酸转化率为92.9％。催化膜重复使用，催化效果缓慢下降。引起杂化催化膜催化效果下降的原因主要是磺酸基团的流失和膜污染。
研究发现450℃焙烧后的Zr(SO4)2·4H2O可使脂肪酸转化率达到98.8％，一次酯化可达到酯交换反应的原料油的酸值要求。采用响应面法对酯化反应工艺参数进行优化，在催化剂用量为酸化油重的1.0wt.％、醇油比1.1:1、反应温度65℃，反应时间8h，模型预测转化率为99.8％。按照模拟条件，实验结果为99.4％，误差为0.40％，模型能较好地预测高酸值废油酯化制备生物柴油的脂肪酸转化率。
以炭膜为载体，采用水溶液浸渍法制备了硫酸锆负载疏水型催化剂--硫酸锆/炭膜(ZS/CM)。11.4％ZS/CM中ZS以非晶态形式高度分散到炭膜中，没有硫酸锆晶相存在，增大了ZS/CM催化剂中ZS活性组分的比表面积，提高了催化活性。17.2％ZS/CM催化剂中ZS活性组分开始在炭膜中团聚，ZS出现聚集态的晶相形式，在炭膜上的分散性下降，降低了比表面积，导致低的催化活性。
酸化油在超临界甲醇中不仅发生游离脂肪酸与甲醇的酯化反应，而且同时发生甘油酯与甲醇的酯交换反应。经单因素实验，得到酯化反应的优化条件：醇油质量比1:1，反应温度310℃，反应时间15min。在此优化条件，脂肪酸的转化率达到98.7％。酯交换反应的优化条件：醇油质量比0.5:1，反应温度330℃，反应时间25min。在此优化条件，甘油产率达到63.5％。