[發(fā)明專利]新型固體堿催化劑及其在生物柴油合成中的應用

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810035287.6
• 申請日: 2008-03-28
• 公開（公告）號: CN101249449A
• 公開（公告）日: 2008-08-27
• 發(fā)明（設計）人: 楊建國;梁學正;高珊;權(quán)南南;張敬;鮑少華;王箭;何鳴元
• 申請（專利權(quán)）人: 華東師范大學
• 主分類號: B01J27/12
• 分類號: B01J27/12;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(shù)領域

本發(fā)明涉及有機化學合成技術(shù)領域，具體地說是一種新型固體堿催化劑及其在生物柴油合成中的應用。

背景技術(shù)

隨著石油等礦物資源的日益減少以及其對地球環(huán)境影響，開發(fā)新型綠色可再生燃油資源成為目前廣泛關(guān)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(yōu)質(zhì)清潔燃料。同時，生物柴油具有傳統(tǒng)石化燃料不可比擬的優(yōu)點，原料是可再生的生物質(zhì)的油脂，產(chǎn)品本身環(huán)境友好，可生物降解，閃點高，無毒，揮發(fā)性有機物(VOC)含量低，熱值高、燃燒完全，不用更換和經(jīng)常清洗發(fā)動機，也是制造可生物降解的具有高附加值的精細化工產(chǎn)品原料。生物柴油最為重要的環(huán)保效應是以一種間接方式，通過CO₂重新轉(zhuǎn)變?yōu)樘細浠衔铮笴O₂凈排放量大大降低。科學家們經(jīng)研究認為，使用生物質(zhì)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(chǎn)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(chǎn)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(xiàn)象，產(chǎn)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(chǎn)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(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供的一種新型固體堿催化劑、同時將催化劑用于生物柴油的合成，其催化劑的制備簡便易行，合成生物柴油產(chǎn)率高，催化劑用量小且可重復使用。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的具體技術(shù)方案是：

一種新型固體堿催化劑，它是以氟化鉀為活性組分，負載于載體后，經(jīng)高溫焙燒而得；具體作法是：將氟化鉀配成質(zhì)量分數(shù)為10～50％的水溶液，加入載體，載體與所述水溶液的質(zhì)量比為1～12∶10，70℃下加熱攪拌4h，于80℃旋蒸除去水分后，馬弗爐中300～1000℃下焙燒5～10h，即得；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生物柴油合成中的應用，其生物柴油采用酯交換法合成，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(zhì)量分數(shù)為5～10％的NaHCO₃溶液，其加入量為上層混合物質(zhì)量的2～6倍，洗滌至中性，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(chǎn)品即為生物柴油。

所述加入油脂、低碳醇、固體堿催化劑的質(zhì)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(chǎn)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(fā)明反應結(jié)束后，濾出的催化劑可重復使用，活性基本保持不變，反應產(chǎn)率仍可達93％以上。

本發(fā)明生物柴油合成的反應通式如下所示：

與背景技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點是：催化劑具有制備過程簡單，能耗少等優(yōu)點；催化劑對生物柴油合成具有的優(yōu)點是：產(chǎn)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(huán)境污染，對原料要求低。

具體實施方式

以下將通過具體的實施例對本發(fā)明做進一步的闡述：

實施例1

第1步固體堿催化劑的制備

取質(zhì)量分數(shù)為30％的氟化鉀水溶液10g，加入8g氧化鋁，70℃下攪拌4h后，于80℃旋蒸除去水分后，然后馬弗爐中500℃下焙燒5h，即得。

第2步酯交換反應