[发明专利]一种用于制备生物柴油的固体酸催化剂及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种固体酸催化剂其及制备方法，以及固体酸催化剂催化地沟油制备生物柴油中的应用。本发明属于有机合成中酯交换反应的绿色合成技术和环保、可再生能源技术领域。

背景技术

随着石化燃料的日渐枯竭而人类对能源需求的持续增长，以及石化燃料燃烧所产生的环境污染问题日益严重，人们越来越关注石化燃料的替代品，这也是新能源生产技术研究的热门课题。生物柴油是由植物油和动物油脂等可再生生物资源生产的脂肪酸低碳酯类物质，具有燃烧性能优良、可再生、易被生物降解、无毒、含硫量和有害尾气排放量低等优点，因此是替代石化柴油的一种清洁、环保、可再生能源，被誉为“绿色黄金”。所以，大力发展生物柴油产业对我国经济持续稳定健康发展、推进能源替代、保护环境生态、控制大气污染具有十分重要的意义。

生物柴油的生产方法主要是以动植物油脂和低碳醇为原料，在催化剂作用下通过酯交换反应来制得。根据所使用的催化剂不同，生物柴油的生产方法主要有化学法催化法和生物酶催化法。传统的化学催化法通常采用强酸（H₂SO₄、HCl）或强碱（NaOH、KOH）作催化剂，该合成方法酸、碱用量较大、腐蚀设备、催化剂不能循环利用，尤其是反应结束后，要对产物进行中和、水洗处理，易产生皂化现象，并且排放大量废酸、废碱液污染环境，所以在应用上受到很大限制。酶催化法存在催化剂价格昂贵、生产成本高、反应时间长、并且反应溶剂、甲醇、副产物甘油都容易使酶中毒，失去活性等缺点，也很难实现工业化生产。因此，研究开发一种催化活性高、易分离、稳定性和重复使用性好、绿色环保固体酸催化剂已成为当务之急。

固体酸是一种能给出质子和接受电子对的固体，即具有Bronsted酸活性中心或Lewis酸活性中心。负载固体酸是将酸性物质负载在比表面积较大的载体上。该类催化剂与传统催化剂强酸、强碱相比，具有无腐蚀、不需要中和水洗、没有酸、碱废液排放、不污染环境、催化剂可重复使用和产品易分离等优点，是制备生物柴油真正意义上可设计的绿色环保催化剂，引起人们极大的关注，近几年来申请的中国专利已有十多项。

中国专利201210083034.2公开了以废油脂和低碳脂肪醇为原料，羰基固体酸作催化剂，合成制备生物柴油的方法。在油：醇：催化剂=1：0.2～0.5：0.1～0.05，回流搅拌5～18小时，产品收率达到93.0～99.6%，但反应后需用NaHCO₃溶液和水中和洗涤。

中国专利201210083032.3公开了树脂基固体酸催化废油脂合成生物柴油的方法，在油：醇：催化剂=1：0.25～0.5：0.01～0.05，加热70℃，回流搅拌12小时，产品收率达到94.7～98.7%，反应后也需用NaHCO₃溶液和水洗涤。

中国专利200810035289.5公开了一种以缩合多核芳香树脂羰基固体酸为催化剂合成生物柴油的方法，在油：醇：催化剂=1：0.1～0.5：0.04～0.1，加热50～110℃，回流搅拌1～10小时，产品收率达到91～96%，反应后需用烯碱液和水洗涤产品。

中国专利201110130982.2公开了一种以用于生产生物柴油的颗粒型羰基固体酸催化剂，反应后脂肪酸单烷基酯的转化率为87.53～94.50%。

中国专利200910114565.1公开了以一种高酸价油脂和低碳醇为原料，SBA-H分子筛型固体酸为催化剂催化制备生物柴油。

中国专利200810118831.3公开了利用MoO₃或V₂O₅基固体酸催化制备生物柴油的方法。

中国专利200810013062.9公开了利用天然生物质：树枝、木屑、秸秆、果壳、稻壳、木质素、纤维素为原料制备羰基固体酸催化剂催化合成生物柴油。

中国专利20081007195.8公开了利用沥青基固体酸催化剂催化大豆油、酸化油、地沟油与甲醇的酯交换反应制备生物柴油。

中国专利201010568141.5公开了利用固体超强酸催化地沟油制备生物柴油。

但还未见有聚苯胺负载硫酸固体酸为催化剂，地沟油和低碳醇为原料制备生物柴油的技术发明或学术报道。

发明内容

本发明提供了一种用于制备生物柴油的聚苯胺负载硫酸固体酸催化剂，该催化剂可以催化地沟油制备生物柴油。

本发明是通过以下技术方案实现的：