[发明专利]一种固体碱催化剂的制备方法及催化制备生物柴油的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种固体碱催化剂的制备方法，以及将此催化剂催化制备生物柴油的应用，所述的催化剂制备方法简便，催化剂效果好，生物柴油易于分离等优点。

背景技术

传统能源的日益枯竭需要开发新的可再生能源，环境保护及汽车工业的发展需要清洁的油料，因此世界各国的能源研究人员都在积极探索、发展替代燃料及可再生能源。生物柴油作为环境友好型燃料，具有深远的经济效益与社会效益，其环保性、可再生性备受世界各国的关注。生物柴油是以动植物油脂或高酸值废弃油脂等为原料与甲醇经酯交换反应制得的脂肪酸甲酯，它是清洁的绿色可再生能源。大力发展生物柴油对经济可持续发展，推进能源替代，减轻环境压力，控制城市大气污染具有重要的战略意义。我国的生物柴油发展较晚, 较为成熟的生产工艺是以均相酸或碱为催化剂生产生物柴油, 但酸、碱催化剂不易与产物分离, 产物中存在的催化剂必须在反应后进行中和、水洗, 从而产生大量工业废水, 且催化剂不能重复使用, 使生产成本提高, 反应转化率低。为此, 开发环境友好的催化剂以提高反应的转化率成为近年生物柴油的研究热点。

油脂化工，2011,1(36):49~52，报导了以一水硫酸氢钠固体酸催化剂，催化蓖麻油制备生物柴油。研究发现，在反应温度为75℃ 、醇油摩尔比为 9:1、催化剂用量为4%、反应时间为8 h的优化工艺条件下, 平均甘油收率达93%, 产物中甲酯总含量为95. 20%。以一水硫酸氢钠作为催化剂虽然转化率较高，但反应时间过长。

应用化学，2011,3(28):265~270，报导了采用溶胶凝胶法制备CaO-ZrO₂系列纳米催化剂，将其用于催化红麻籽油制备生物柴油，通过一系列的测试技术表征。结果表明，CaO与ZrO₂形成良好的固熔体，粒径在10~20nm。催化实验表明，CaO-ZrO₂具有良好的催化活性，在最优的催化条件下，产率可达到93.2%。

大豆科学，2010,6(29):1043~1046，报导了以等体积浸渍法制备了分子筛Ti-HMS 负载碱金属的固体碱催化剂K₂O /Ti-HMS，并对催化大豆油制备生物柴油的工艺进行了优化。结果表明：最佳反应条件是反应温度60℃, 反应时间3 h, K₂O负载量7mmol·g^-1,  n(甲醇) : n(大豆油) = 16:1, 催化剂用量为大豆油质量的3%, 在此条件下酯交换转化率可达75%以上。但此催化剂制备方法较复杂，酯交换转化率也不是很高。

生物加工过程，2010,6(8):10~13，采用浸渍法制备K₂CO₃ /γ-Al₂O₃负载型固体碱催化剂, 用X线衍射(XRD)和热质量分析法(DSC-TGA)表征催化剂的物化性质，考察催化剂在棕榈油和甲醇酯交换制备生物柴油中的反应性能。结果表明: 活性组分已成功负载到载体γ-Al₂O₃上, 且在高温焙烧过程中K₂CO₃和γ-Al₂O₃之间产生了相互作用; 在K₂CO₃负载量22.6%、醇油摩尔比12:1、反应时间3 h、催化剂质量分数3%、反应温度65 ℃的条件下, 甲酯产率最高可达91. 60%，但重复使用性能有待进一步研究。

中国粮油学报，2010,10(25):65~68，考察了以离子液体( 1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐, [BMIM] BF₄ )在催化大豆油和甲醇酯化反应中的催化活性, 结果表明: [BMIM] BF₄对大豆油酯交换反应具有一定的催化活性, 产物与离子液体易分离。当[BMIM] BF₄的用量为大豆油质量的1%、甲醇与大豆油物质的量比为6:1、反应温度69℃、反应时间4 h, 酯交换反应的转化率可达到96%以上。反应结束后离子液体与酯化产物成两相, 而且在同样的反应条件下, [BMIM] BF₄可重复使用3次, 仍有较高的催化活性，但是离子液体作为催化剂依然存在价格高，不利于降低生产成本。