[发明专利]生物质钾基催化剂的制备及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及生物柴油领域，具体是一种生物质钾基催化剂的制备方法及其应用。

背景技术

能源是现代社会发展的基石，然而能源的日益紧张长期困扰着人类社会的发展。目前，生物柴油作为一种新型可再生能源，受到世界各国的重视。生物柴油是在催化剂作用下，通过酯交换反应将动、植物油脂与甲醇反应得到的目的产物。

当前合成生物柴油主要采用液相催化剂，但存在后处理困难、设备投资大等问题。与液相催化剂相比，固体催化剂具有易回收和后处理简单的优势。其中，钾基固体碱催化剂的开发是研究的重要方向之一。钾基固体碱催化剂的制备中，钾盐通常作为活性组分负载在不同载体上制备成不同的负载型固体碱催化剂，如K₂CO₃/水滑石、KNO₃/AlSBA-15、K₂CO₃/NaX等一系列的该类催化剂。钾盐还可以直接作为催化剂使用，生物柴油的产率可以达到90％以上(张福建，姜绍通，潘丽军，等.碳酸钾催化菜籽油与甲醇反应制备生物柴油的研究[J].中国粮油学报，2011，26(3)：52-55.)。但这类催化剂受到催化剂原料来源和成本的局限，无法满足工业化生产的要求。因此，为了适应工业上对于生物柴油催化剂的要求，亟需开发一种高效、廉价、原料来源广泛的固体催化剂。

采用生物质废弃物制备固体催化剂是生物柴油非均相催化剂研究的重要方向。当前，研究人员已开发了以生物质废弃物为原料制备的钙基固体碱催化剂，如鸵鸟蛋壳、贝壳、虾壳等。然而以以生物质废弃物为原料制备的钾基固体碱催化剂尚未见报道。我国作为农业大国，小麦和棉花在我国很多省份均有种植，小麦秸秆灰和棉壳灰中均富含钾元素，其中氧化钾含量分别达到11.4％和18.1％(沈其荣，谭金芳，钱晓晴.土壤肥料学通论[M].北京：高等教育出版社，2001.228.)，然而这种丰富的钾资源一直以来都得不到充分的利用。如将其用于生物柴油催化剂的制备，能明显降低生物柴油催化剂的生产成本，促进生物柴油产业的发展。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种生物质钾基催化剂的制备方法。

本发明的另一目的是提供一种生物质钾基催化剂在催化酯交换反应中的应用。

本发明提供了如下的技术方案：

一种生物质钾基催化剂的制备方法，包括如下步骤，

S1、溶解除杂：将生物质灰加入到蒸馏水中，加热搅拌，使其充分溶解，抽滤去除杂质；

S2、浓缩：将S1得到的滤液加热浓缩，进一步烘干去除水分；

S3、煅烧活化：预先设定煅烧的温度和时间，对S2得到的生物质灰进行煅烧活化；

S4、机械成型：对S3得到的生物质灰机械研磨后放置在干燥器中保存。

优选的，所述溶解除杂是将生物质灰加入到蒸馏水中，所述生物质灰与蒸馏水的质量比为1:4-7，在加热搅拌条件下处理90-120min，所述加热温度为70-90℃，搅拌转速为300-600r/min，待其充分溶解后，将溶液转移至抽滤装置中抽滤取滤液。

优选的，所述浓缩是将S1得到的滤液在120-150℃加热3-6h，然后放置于烘箱中，在100-130℃烘4-8h。

优选的，所述的煅烧活化是将S2得到的生物质灰放入箱式电阻炉中，在600-800℃煅烧1-3h。

优选的，所述的机械成型是将S3得到的生物质灰研磨成粉末，过80-200目筛，放置在干燥器中保存备用。

优选的，所述的生物质灰选自小麦秸秆灰、棉壳灰中的一种或两种。

一种生物质钾基催化剂在酯交换反应中的应用，将油脂和甲醇按照摩尔比12-16:1加入到反应釜中，混合均匀后，加入所述油脂质量分数4-7％的催化剂，在60-70℃温度条件下搅拌反应4-6h，停止搅拌，抽滤取滤液并回收催化剂，将滤液放置在分液漏斗中静置7-10h，分为两层，上层即为生物柴油相，将生物柴油相减压蒸馏分离出残留甲醇即可得到生物柴油。

优选的，所述油脂选自植物油、动物脂肪以及地沟油中的任意一种。

本发明的有益效果是：

本申请文件实施例中生物柴油的性能指标，如表1所示：

表1生物柴油的性能指标