[发明专利]一种固体碱催化剂的制备及其在生物柴油中的应用

说明书

本发明公开了一种固体碱催化剂的制备方法，以造纸污泥生物炭（PPSB）载体通过负载Ksubgt;2/subgt;COsubgt;3/subgt;制备固体碱催化剂，并用于催化酯交换反应制备生物柴油。本发明还公开了一种固体碱催化剂在生物柴油中的应用。造纸污泥成分复杂，在高温下纤维材料会发生吸附、分解、络合等反应，本发明采用多步分解，造纸污泥经热解炭化改性后具有明显的孔隙结构生成，能够增加反应物与催化剂接触面积；再结合浸渍工艺，二者协同作用，使碳酸钾与生物炭充分混合，制得的催化剂应用于生物柴油制备中，生物柴油的产率最高可达到98%，废纸浆生物炭负载Ksubgt;2/subgt;COsubgt;3/subgt;用于催化制备生物柴油，不仅可以获得较高的生物柴油产率，还可以有效地对废纸浆进行资源回收利用，从而降低生物柴油的生产成本。

技术领域

本发明涉及生物柴油领域，特别是涉及一种多步热解法制备生物柴油催化剂的方法。

背景技术

由于温室效应和环境污染问题的日益严峻，化石燃料替代品的开发和使用引起了国内外的广泛关注。生物柴油是一种可持续、可再生且无毒无害的生物燃料，可以通过动物油/植物油与C1-C2醇的酯交换反应制备。生物柴油的传统制备方法是通过均相碱催化剂(KOH，CH3CH2ONa等)催化的酯交换反应。长期使用均相碱催化剂对反应器具有腐蚀性，并且分离过程相对复杂。因此，环保且腐蚀少的固体碱催化剂应运而生。

关于生物炭固体碱催化剂催化酯交换反应制备生物柴油已有研究。例如，以鸡粪、棕榈仁壳等为原料制备生物炭固体碱催化剂。

制浆造纸厂污泥(PPS)是制浆造纸工业废水处理产生的主要有机残留物，包含各种有机化合物(纤维材料，例如纤维素、半纤维素和木质素等)以及其他无机废弃物，例如填料、金属成分、沙子等。截止到2020年，中国每年造纸污泥生产量大约1200万吨，主要通过填埋、土地利用和焚烧进行处置。由于造纸污泥富含纤维，是一种优良的碳材料原料。

有鉴于此，本案发明人进行深入研究，力求研发一种使用废纸浆来源的固体碱催化剂合成生物柴油。

发明内容

本发明的目的在于提供一种使用废纸浆来源的固体碱催化剂合成生物柴油。

本发明的另一目的是在于提供一种固体碱催化剂在生物柴油中的应用。

为了达成上述目的，本发明的技术方案是：

一种固体碱催化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)造纸污泥改性生物炭的制备

采用多步步热解法制备生物炭，将干燥的造纸污泥在氮气气氛中先在300-400℃预热解30min，再升温至500-700℃恒温热解90min，与1M KOH溶液混合并搅拌2h，回收后用去离子水洗涤数次，最后将得到的生物炭在105℃的烘箱中干燥，获得造纸污泥生物炭，再过筛得到粒径为0.2mm的生物炭粉末；

(2)固体碱催化剂的制备

采用湿法浸渍法合成催化剂，将K2CO3粉末添加到水中，然后再添加步骤(1)过筛后的造纸污泥生物炭粉末，然后在600rpm下搅拌3h，在105℃下干燥，最后在500-700℃氮气气氛下煅烧2h，得到固定碱催化剂，命名为σK/PPSB-T，σ代表K2CO3负载量，K2CO3负载量为20-40wt％，T代表活化温度，活化温度为500～700℃。

进一步地，在步骤(1)中，将热解后的生物炭与KOH溶液按照质量比为1:3混合搅拌2h，接着于105℃烘箱中干燥，并用去离子水洗涤数次至中性；最后将得到的生物炭在105℃的烘箱中干燥24h，获得造纸污泥生物炭。

进一步地，在步骤(2)中，在105℃的烘箱中干燥24h，混合物研磨后在500-700C氮气气氛下煅烧炭化2h，经洗涤和烘干，得到催化剂。