[发明专利]利用生活和工业垃圾催化制备生物柴油的方法

说明书

技术领域

本发明涉及绿色、可再生能源技术以及固体废弃物资源化技术领域，尤其是利用生活和工业垃圾催化制备生物柴油的方法。

背景技术

生物柴油是指以动物油脂、木本油类作物、草本油类作物、海藻类和工业、餐饮业废弃油脂为主要原料，与甲醇、乙醇等低碳醇进行酯交换反应得到的长链脂肪酸单烷基酯。传统的制备生物柴油的工艺路线是采用均相催化剂，如NaOH、KOH、甲醇钠等，虽该法可在低温下获得较高产率，但催化剂、产物分离困难，粗产品需大量水洗，产生大量废液污染环境。脂肪酶催化法和超临界非催化法制备生物柴油也存在着技术瓶颈。使用固体碱催化剂制备生物柴油，不但能够免除均相系统中由于除去多余碱而造成的皂化和乳化现象，还具有反应条件温和、对设备腐蚀性小、可循环使用等优点，具有广泛的使用价值，近些年来受到越来越多的关注。寻找廉价易得、稳定性好、催化活性高和可重复利用的固体碱催化剂一直是固体碱催化制备生物柴油工艺的研究热点方向之一。氧化钙因其在甲醇中溶解度低、稳定性较好、碱性强、催化活性较高等优点被普遍认为是最具潜力的制备生物柴油的固体催化剂。赤泥中含有多种有用的金属元素，同时具有碱度大、颗粒细微、比表面积大等特点，常作为吸附剂应用于环境保护中,同时赤泥也常作为加氢反应、液化反应、脱氯加氢反应和氧化反应的催化剂广泛用于催化领域中。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种具有固体废弃物资源化、催化剂廉价易得、反应稳定性好、反应活性高、环境友好、无设备腐蚀等优点的利用生活和工业垃圾催化制备生物柴油的方法。

本发明以如下技术方案解决上述技术问题：

本发明的方法以赤泥和鸡蛋壳为原料制备催化剂、催化合成生物柴油的步骤如下：

1.制备催化剂：将鸡蛋壳预处理后粉碎过100目筛，在850℃下煅烧2h制得CaO粉末。按质量比1:1将赤泥和所得CaO粉末加入蒸馏水中，搅拌浸制10h以上，烘干后在600℃下焙烧活化1h，得到负载型固体碱催化剂；

2.在固体碱催化剂存在的条件下制备生物柴油：将植物油与甲醇混合、搅拌、加热，使其发生酯交换制备生物柴油，反应时间为1～5h；反应完全后，离心分离固体催化剂，液相混合物静置分层，上层为粗制生物柴油，下层为副产品甘油；将粗制生物柴油进一步蒸馏提纯后得到生物柴油产品。

鸡蛋壳的预处理包括剥离除去鸡蛋壳内膜，在0.005mol/L的盐酸中浸泡2小时，水洗烘干。

CaO粉末催化剂用量为植物油质量的3%～9%。

甲醇与植物油摩尔比6:1～18:1。

反应温度为65±2℃，反应时间1～5h。

离心设置速率为3500转/min，离心10min。

本发明的优点是：

1.采用本方法制备生物柴油的产率可达93%以上，且产品与我国0^＃柴油（GB252-2011）的主要性能指标相接近。

2.原料来源广泛，有利于固体废物的资源化利用。

3.流程简单、条件温和，后处理过程简单。整个制取工艺无废水、废气产生，对环境友好。

具体实施方式

本发明所用催化剂的主要原料是鸡蛋壳和赤泥。鸡蛋壳主要是食品加工过程中产生的生活垃圾，据估计，我国每年产生的鸡蛋壳垃圾约为4,000,000吨。赤泥是采用拜耳法生产氧化铝过程中排出的工业废料，生产1t氧化铝约排出赤泥110～115t。

制备催化剂时，将鸡蛋壳剥离除去鸡蛋壳内膜，在0.005mol/L的盐酸中浸泡2小时后水洗烘干，粉碎过100目筛，在850℃下煅烧2h制得CaO粉末。按质量比1:1将赤泥和所得CaO粉末加入蒸馏水中，搅拌浸制10h以上，烘干后在600℃下焙烧活化1h，得到负载型固体碱催化剂。

在固体碱催化剂存在的条件下制备生物柴油。CaO粉末催化剂用量为植物油质量的3%～9%。将植物油与甲醇混合、搅拌、加热，使其发生酯交换制备生物柴油。反应时间为1～5h，3小时后酯化率达到最高；反应温度一般在55～75℃之间，但以恒温数显搅拌器控制温度在65℃效果最好。反应完全后，离心分离固体催化剂，离心设置速率为3500转/min，离心10min，液相混合物静置分层，上层为粗制生物柴油，下层为副产品甘油；将粗制生物柴油进一步加压蒸馏提纯后得到生物柴油产品。

实施例1