[發明專利]固體堿催化劑及其在制備生物柴油中的應用

無效

• 申請號: 200810035284.2
• 申請日: 2008-03-28
• 公開（公告）號: CN101249454A
• 公開（公告）日: 2008-08-27
• 發明（設計）人: 楊建國;梁學正;高珊;權南南;張敬;鮑少華;王箭;何鳴元
• 申請（專利權）人: 華東師范大學
• 主分類號: B01J27/232
• 分類號: B01J27/232;B01J29/70;C10G3/00
• 代理公司: 上海藍迪專利事務所
• 代理人: 徐筱梅

技術領域

本發明涉及有機化學合成技術領域，具體地說是一種固體堿催化劑及其在制備生物柴油中的應用。

背景技術

隨著石油等礦物資源的日益減少以及其對地球環境影響，開發新型綠色可再生燃油資源成為目前廣泛關注的問題。生物柴油是一種長鏈脂肪酸的單烷基酯，不含硫和芳烴，十六烷值高，并且潤滑性能好，是一種優質清潔燃料。同時，生物柴油具有傳統石化燃料不可比擬的優點，原料是可再生的生物質的油脂，產品本身環境友好，可生物降解，閃點高，無毒，揮發性有機物(VOC)含量低，熱值高、燃燒完全，不用更換和經常清洗發動機，也是制造可生物降解的具有高附加值的精細化工產品原料。生物柴油最為重要的環保效應是以一種間接方式，通過CO₂重新轉變為碳氫化合物，使CO₂凈排放量大大降低。科學家們經研究認為，使用生物質原料能源是一種比增加森林資源(作為CO2吸收)更有作為和更有效的策略。生物柴油的生產方法主要是通過植物油或者動物脂肪與低碳醇的酯交換反應來制備。通常使用的催化劑主要有酸催化、堿催化、酶催化和超臨界法。酸催化法[Ono，Y.J.Catal，2003，216(1-2)：406]常采用硫酸等，存在醇的用量大，導致產品分層困難，反應溫度高，催化效率差等缺點。堿催化[盛梅等，高校化學工程學報，2004，18(2)：231-236]多采用均相催化劑如NaOH、KOH、甲醇鈉等，存在著對原料要求嚴格，需要無水無酸的苛刻條件，同時存在皂化現象，產品后處理復雜等缺點。酶催化[聶開立等，生物加工過程，2005，3(1)：58-62]存在催化劑價格昂貴，容易失活，反應時間長等缺點。用超臨界非催化法存在反應溫度與壓力超過甲醇的臨界溫度與臨界壓力，生產工藝對設備要求高。一般負載型固體堿的合成要包括先用水溶解活性組分，然后進行浸漬，接著還要再過濾或者減壓蒸掉水分這一煩瑣的過程，既耗時耗能，也浪費了大量的原料。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足而提供的一種固體堿催化劑、同時將催化劑用于生物柴油的制備，其催化劑的制備簡便易行，制備生物柴油產率高，催化劑用量小且可重復使用。

實現本發明目的的具體技術方案是：

一種固體堿催化劑，它是以有機金屬鹽為前驅體與載體在室溫下進行研磨混合后，高溫焙燒而制得的；具體作法是：將前驅體與載體置于研缽中，前驅體的質量與載體的質量之比為1～12∶10，于室溫下研1～2h左右，然后馬弗爐中300～1000℃下焙燒5～10h，即得；所述有機金屬鹽為堿金屬甲酸鹽、乙酸鹽、草酸鹽或檸檬酸鹽；所述載體為氧化鋁、氧化鈣、氧化鎂、氧化鋅、氧化鋯、活性炭、分子篩、硅藻土、白土、硅膠或擬薄水鋁石。

上述固體堿催化劑在制備生物柴油中的應用，其生物柴油采用酯交換法制備，具體步驟是：在備有電磁攪拌、溫度計、回流冷凝管的三頸容器中加入油脂、低碳醇、固體堿催化劑進行加熱回流攪拌1～3h；加熱溫度控制在50～110℃；將反應后的物料過濾，濾出催化劑及濾液，濾液進行分液，分出下層甘油，上層混合物中加入質量分數為5～10％的NaHCO₃溶液，其加入量為上層混合物質量的2～6倍，洗滌至中性，除去未反應的游離脂肪酸，再用分液漏斗分出上層有機相，將有機相以無水MgSO₄干燥，過濾除去干燥劑，減壓蒸餾，得到近淺黃色透明產品即為生物柴油。

所述加入油脂、低碳醇、固體堿催化劑的質量比為1∶0.1～0.5∶0.04～0.1。

所述油脂為植物油脂、動物脂肪或生產過程中的廢油、地溝油。

所述低碳醇為甲醇、乙醇、丙醇或丁醇。

本發明反應結束后，濾出的催化劑可重復使用，活性基本保持不變，反應產率仍可達94％以上。

本發明生物柴油合成的反應通式如下所示：

與背景技術相比，本發明的優點是：催化劑具有制備過程簡單，能耗少等優點；催化劑對生物柴油合成具有的優點是：產率高；催化劑用量小，反應條件溫和，反應時間短，催化劑可重復使用，沒有環境污染，對原料要求較低。

具體實施方式

以下將通過具體的實施例對本發明做進一步的闡述：

實施例1

第1步固體堿催化劑的制備

將6g醋酸鉀與10g氧化鋁置于研缽中，于室溫下研1h左右，然后馬弗爐中500℃下焙燒5h，即得。

第2步酯交換反應