[发明专利]一种树脂基固体酸催化废弃油脂合成生物柴油的方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种树脂基固体酸催化废弃油脂合成生物柴油的方法，属于有机化学合成技术领域。

背景技术：

随着石油等矿物资源的日益减少以及其对地球环境影响,开发新型绿色可再生燃油资源成为目前广泛关注的问题。生物柴油是一种长链脂肪酸的单烷基酯，不含硫和芳烃, 十六烷值高, 并且润滑性能好,是一种优质清洁燃料。同时，生物柴油具有传统石化燃料不可比拟的优点,原料是可再生的生物质的油脂，产品本身环境友好，可生物降解, 闪点高, 无毒, 挥发性有机物(VOC)含量低，热值高、燃烧完全,不用更换和经常清洗发动机，也是制造可生物降解的具有高附加值的精细化工产品原料。生物柴油最为重要的环保效应是以一种间接方式，通过CO2 重新转变为碳氢化合物，使CO2 净排放量大大降低。科学家们经研究认为，使用生物质原料能源是一种比增加森林资源(作为CO2 吸收)更有作为和更有效的策略。生物柴油的生产方法主要是通过植物油或者动物脂肪与低级脂肪醇的酯交换反应来制备。通常使用的催化剂主要有酸催化、碱催化、酶催化和超临界法。碱催化[盛梅等,高校化学工程学报，2004，18（2）：231-236]多采用均相催化剂如NaOH、KOH、甲醇钠等,存在着对原料要求严格，需要无水无酸的苛刻条件，同时存在皂化现象，产品后处理复杂等缺点。酶催化[聂开立等，生物加工过程，2005，3（1）：58-62]存在催化剂价格昂贵，容易失活，反应时间长等缺点。用超临界非催化法存在反应温度与压力超过甲醇的临界温度与临界压力, 生产工艺对设备要求高。酸催化法[Ono,Y．J. Catal，2003，216(1—2):406]具有反应活性高，对原料要求小，可以是高酸值或者含水的原料油，而且没有皂化等副反应的发生。但传统多使用硫酸等液体酸为催化剂，存在设备腐蚀严重，催化剂分离困难，无法重复使用等缺点。作为人口拥有量最多的国家，餐饮废油 (俗称垃圾油、潲水油) 一直是令人头疼的问题，以餐饮废油脂为原料，制备生物柴油,可以利国利民，这样既能解决上述污染问题，还能变废为宝，降低生物柴油的制造成本。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种环境友好的树脂基固体酸催化废弃油脂合成生物柴油的方法。

本发明通过以下技术方案解决此技术问题:

一种树脂基固体酸催化废弃油脂合成生物柴油的方法，其特征在于：以废弃油脂为原料，采用树脂基固体酸作催化剂，与低级脂肪醇进行酯交换反应，反应结束后，将催化剂从反应混合物中过滤出来，经分液、水洗、碱洗、蒸馏处理即可获得生物柴油。

进一步的设置在于：

所述油脂、低级脂肪醇、催化剂的质量比为1∶0.25～0.5∶0.01～0.02。

树脂基固体酸材料的制备方法如下：在锥形瓶中加入间苯二酚，与原料摩尔比为1：0.5～1的羟乙基磺酸为活性分子， 加入与间苯二酚质量比为1：10～20的水配成溶液，在搅拌条件下滴加与间苯二酚摩尔比为1：1～2的甲醛溶液，置于在70℃烘箱中缩合30～120h后，得到红色的固体，旋蒸至干，得RF树脂。将合成的树脂置于石英管中，在氮气条件下于180℃下进行碳化缩合2～10h，再进行水洗烘干，得树脂基固体酸。

所述废弃油脂为生产或餐饮业生产过程中获得的潲水油、地沟油或煎炸油的任意一种或几种。

所述低级脂肪醇为甲醇、乙醇、丙醇、丁醇的任意一种。

分离后的催化剂用于下次制备生物柴油的酯交换反应中。

一种树脂基固体酸催化废弃油脂合成生物柴油的方法，其特征在于：

第1步、树脂基固体酸的制备：

在锥形瓶中加入间苯二酚，与间苯二酚摩尔比为1：0.5～1的羟乙基磺酸为活性分子，然后加入与间苯二酚质量比为1：10～20的水配成溶液，在搅拌条件下滴加与间苯二酚摩尔比为1：1～2的甲醛溶液，置于70℃烘箱中缩合30～120小时后，得到红色的固体，旋蒸至干，得RF树脂，将树脂置于石英管中，在氮气条件下于180℃下进行碳化缩合2～10小时，再进行水洗烘干，得黑色固体的树脂基固体酸；

第2步、原料预处理：

将废弃油脂中加入硅藻土，硅藻土用量为废弃油脂质量的0.5～2%，接着在70℃下进行加热搅拌1～4小时，过滤，滤液在100℃下进行减压蒸馏除去其中的水分；

第3步、酯交换反应：

在备有电磁搅拌，温度计，回流冷凝管的100mL三颈瓶中加入步骤2处理后的油脂、低级脂肪醇、催化剂，油脂、低级脂肪醇、催化剂的质量比为1∶0.25～0.5∶0.01～0.02；进行加热70℃回流搅拌12小时左右；