[发明专利]一种碱性复合离子液体及生物柴油制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碱性复合离子液体，还涉及使用该碱性复合离子液体制备生物柴油的方法。

背景技术

生物柴油是由动植物油脂与低碳醇通过酸交换反应生成的长链脂肪酸甲酯类物质，通常采用酸、碱作为催化剂进行反应生成，传统生产方法存在成本高、非均相反应、反应时间较长、能耗高等缺点。为此，人们开发出多种催化剂如脂肪酶、非均相固体催化剂、离子液体催化剂等，其中脂肪酶易失活，成本高，难以工业化；非均相固体催化剂存在催化活性低，易失活，反应速率慢等问题。此外还开发了超临界工艺、膜反应器等，超临界工艺对设备要求高，需要在高温高压下进行反应；膜反应器则需要消耗昂贵的膜材料，生产成本高。因此，开发环境友好的生物柴油绿色生产工艺，提高反应速率和能量利用率，降低生产成本，成为当务之急。

离子液体是近年来绿色化学新兴的研究领域之一。离子液体作为一种新型的环境友好溶剂和液体催化剂，具有其它有机、无机溶剂和传统催化剂所不具备的优点，可以获得更高的反应速率、选择性，产物易分离、环境污染小。

张锁江等在专利CN169248“基于离子液体的生物柴油合成方法”中，采用酸性和碱性离子液体作为催化剂制备生物柴油，转化率达到95%。陈立功在专利CN101851562“一种餐饮废油制备生物柴油的技术”中，采用碱性离子液体作为催化剂对餐饮废油进行催化制备生物柴油，不需要进行皂化、酸化等工艺减少了工序，节约了时间，转化率可达到75%～85%。

上述采用碱性离子液体作为催化剂制备生物柴油的生产工艺大大提高了转化效率，降低了生产成本。但是，该生产工艺技术仍然存在如下缺陷：甲酯转化率偏低，磷含量、一二价金属（K、Na、Ca、Mg）含量等质量指标达不到美国生物柴油标准ASTM D6751和欧盟生物柴油标准EN14214的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题之一在于，提供一种碱性复合离子液体，提高生物柴油制备生产工艺的催化效率，降低生产成本。

本发明要解决的技术问题之二在于，提供一种生物柴油制备方法，采用本发明的碱性复合离子液体作为催化剂制备生物柴油，克服现有生物柴油制备方法存在的甲酯转化率偏低、磷含量、一二价金属（K、Na、Ca、Mg）含量等质量指标达不到欧洲、美国标准的缺陷。

本发明解决其技术问题之一所采用的技术方案是：提供一种碱性复合离子液体，其特征在于，包括N－R－N－甲基咪唑氢氧化物和醇钠，所述N－R－N－甲基咪唑氢氧化物的结构通式为：

其中，R为C_1~6烷基；

所述N－R－N－甲基咪唑氢氧化物和醇钠的质量比为1：0.05～1：0.4。

在本发明的碱性复合离子液体中，所述醇钠为甲醇钠、乙醇钠、丙醇钠、丁醇钠中之一或其组合。

本发明解决其技术问题之二所采用的技术方案是：提供一种生物柴油制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、生物油脂预处理：按质量比将100份生物油脂加入反应器中，加热至60～80℃，加入相当于0.17～0.85份结晶磷酸的磷酸，搅拌30～60min，再加入0.5～5份的碱性固体和0.5～2份白土，搅拌，加热，控制温度在50～90℃，反应15～30min后过滤，除去反应残渣；

S2、酯交换反应：将1～5份碱性复合离子液体、100份经预处理的生物油脂和15～40份短链醇加入反应器内，搅拌，加热，控制温度为50～80℃，反应20～90min；

S3、产物分离：将反应液静置，重力沉降，通过分液分出上层有机层，得到粗品生物柴油；

S4、吸附、过滤：将粗品生物柴油加热至80～120℃，加入粗品生物柴油油重的0.5～5%的酸性活性白土，吸附30～60min，过滤，得到合格的生物柴油；

所述碱性复合离子液体包括N-R-N-甲基咪唑氢氧化物和醇钠，所述N－R－N－甲基咪唑氢氧化物的结构通式为：

其中，R为C_1~6烷基；

所述N－R－N－甲基咪唑氢氧化物和醇钠的质量比为1：0.05～1：0.4。

在本发明的生物柴油制备方法中，在步骤S4之后，包括将过滤后的液体中的甘油与碱性复合离子液体分离的步骤S5。

在本发明的生物柴油制备方法中，在步骤S5之后，包括在分离的碱性复合离子液体中加入其质量的1～5%的醇钠，得到可重复使用的碱性复合离子液体的步骤。

在本发明的生物柴油制备方法中，所述醇钠为甲醇钠、乙醇钠、丙醇钠、丁醇钠中之一或其组合。