[发明专利]一种短纳米棒状结构固体碱催化合成生物柴油的方法

权利要求书

1.一种短纳米棒固体碱催化油脂合成生物柴油的方法，其特征是：

反应原料甲醇或乙醇与油脂的摩尔比15～25:1、短纳米棒固体碱催化剂与油脂质量比0.04～0.08:1、反应温度60～90℃、反应时间4～6h，反应结束后冷却至室温，离心分离下层催化剂后，将上层液体用饱和食盐水充分洗涤3次，静置分层，下层为甘油、未反应醇类物质与饱和食盐水混合物，上层为淡黄色液体，将上层淡黄色液体通过旋蒸回收其中少量的醇类物质，将旋蒸后的浓缩物质再离心分离回收上层液体即为目标产物生物柴油，生物柴油收率最高达99.81％，将第一、二次离心分离后的下层催化剂沉淀过滤，滤饼用无水甲醇洗涤3次，80～100℃恒温干燥箱中干燥12h，再以1.5～3℃/min的升温速率升至300～400℃焙烧4～6h，作为催化剂备下次重复使用；油脂是大豆油、蓖麻油、菜籽油、地沟油、棕榈油中的任一种；

短纳米棒固体碱为KF@ZrO₂-CeO₂，其中ZrO₂-CeO₂为载体，Zr与Ce的摩尔比为0.1～0.3:1，KF为增强碱度成分，KF与ZrO₂-CeO₂的质量比为0.13～0.20；短纳米棒状结构固体碱的短纳米棒长度100～200nm、直径7～15nm、比表面积29～58m²/g，碱度pKa为9.3～15.0；

短纳米棒状固体碱是通过如下方法制备的：先用本身具有一定碱性且物理化学性质比较活泼结构不太稳定易失去电子的CeO₂掺杂面缺陷丰富的ZrO₂，通过水热结晶、焙烧，形成稳定的短纳米棒状结构的ZrO₂-CeO₂载体，再浸渍KF后焙烧，使K⁺进入ZrO₂晶格取代部分Zr⁴⁺，K⁺电负性小于Zr⁴⁺，增加Zr⁴⁺周围O^2-电子云密度，在短纳米棒状结构ZrO₂-CeO₂载体上形成多价态多配位的强碱性物种KCe₂F₉、K₃ZrF₇、Ce₂Zr₂O₇及OH^-碱活性位点，具体如下：将Zr(NO₃)₄·5H₂O、Ce(NO₃)₃·6H₂O按照0.1～0.3:1的摩尔比溶解在去离子水中形成总摩尔浓度为0.1～0.15mol/L的溶液A，将NaOH溶解在去离子水中形成10～12.5mol/L的溶液B，搅拌状态下将溶液B缓慢加入到溶液A中，在30～40℃下搅拌混合20～40min，再将混合溶胶转入到聚四氟乙烯内衬中90～100℃下晶化24～36h，冷却到室温，形成的沉淀经抽滤，滤饼用醇:水质量比0.5～1:1的混合液洗涤成中性、在80～100℃恒温干燥10～12h、再置于箱式马弗炉中以1.5～3℃/min的升温速率升至300～400℃焙烧4～6h，冷却后即制得所述的短纳米棒状结构的ZrO₂-CeO₂载体，短纳米棒长度50～55nm、直径7～9nm、比表面积100～110m²/g；再将KF、所制备的短纳米棒状结构ZrO₂-CeO₂载体、浸渍剂按照0.75～0.2:1:5～20的质量比加入到聚四氟乙烯烧杯中，在40～60℃浸渍搅拌4～6h，再升温到55～70℃，蒸发回收浸渍剂后，将剩余所得的淡黄色粉末状固体在80～100℃恒温干燥10～12h，再置于箱式马弗炉以1.5～3℃/min的升温速率升至350～450℃焙烧4～6h，冷却后，即制得所述的短纳米棒状结构固体碱；所述的浸渍剂为无水甲醇、无水乙醇中的任意一种，作为负载KF的还原剂，使得KF在较低焙烧温度350-450℃转化为K₂O，在短纳米棒状结构ZrO₂-CeO₂载体上形成多价态多配位的强碱性物种KCe₂F₉、K₃ZrF₇、Ce₂Zr₂O₇及OH^-碱活性位点。