[發(fā)明專利]生物柴油專用的氧化鋅納米纖維催化劑制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810071971.X
• 申請日: 2008-10-23
• 公開（公告）號: CN101396653A
• 公開（公告）日: 2009-04-01
• 發(fā)明（設計）人: 呂瑋;陳登龍;陳順玉
• 申請（專利權）人: 福建師范大學
• 主分類號: B01J23/06
• 分類號: B01J23/06;B01J35/06;C10G3/00
• 代理公司: 福州元創(chuàng)專利商標代理有限公司
• 代理人: 蔡學俊

技術領域

本發(fā)明涉及催化劑制備技術領域，具體涉及制備生物柴油專用催化劑的氧化鋅納米纖維制備方法。

背景技術

生物柴油是指以動植物油脂為原料，與低碳醇經(jīng)過酯交換反應而得到的長鏈脂肪酸酯類化合物，它具有十六烷值高、硫含量低、可被生物降解等優(yōu)點，是一種柴油替代燃料。工業(yè)化生產(chǎn)生物柴油的方法，一般采用苛性堿(如NaOH、KOH等)為催化劑進行酯交換反應。該方法對設備的抗酸堿腐蝕能力要求高，催化劑分離過程復雜，需要經(jīng)過酸中和、洗滌、靜置(或離心)分離等系列步驟，產(chǎn)品洗滌過程中產(chǎn)生大量的含鹽廢水。

為克服液體催化劑存在的上述問題，通常酯交換催化劑可以用固體堿。固體堿是指向反應物給出電子的固體。作為催化劑，其活性中心具有極強的供電子或接受電子的能力，它有一個表面陰離子空穴，即自由電子中心由表面O^2-或O^2--OH組成。使用固體堿催化油脂酯交換時具有以下優(yōu)點：(1)高活性、高選擇性、產(chǎn)物純度高，且易分離；(2)反應條件溫和，對設備腐蝕性小，產(chǎn)生廢液少，對環(huán)境污染低，催化劑可重復利用。但固體堿大多制備復雜、成本昂貴、強度較差、極易被大氣中的CO₂、H₂O等雜質污染，且比表面積小。

常見的酯交換固體堿催化劑主要是堿土金屬族氧化物固體堿。用于酯交換反應的堿催化劑容易因油脂中的水分和游離脂肪酸失活，因此，一般的工業(yè)過程對游離脂肪酸和水分的限制十分嚴格，要求水質量分數(shù)低于0.06％，酸值小于1mg·g^-1。與堿土金屬族氧化物固體堿不同，氧化鋅不容易與空氣中的水分或酸性氣體作用，氧化鋅催化劑具有很好的抗酸和抗水性能，在水質量分數(shù)高達20％和游離脂肪酸含量高達15％時，仍保持較高的反應轉化率，可大幅度簡化原料油的預處理和產(chǎn)品的分離純化過程。

納米氧化鋅催化劑具有納米材料的結構特點，與傳統(tǒng)ZnO相比較.具有比表面積大、化學性高等特點。目前用于催化反應的納米材料通常為粉體狀，易團聚，使用時易損失，且回收較困難。而ZnO納米纖維具有固定的形狀和更好的機械強度，具有更好的操作性和易回收性，而且在高溫煅燒時產(chǎn)生大量微孔，具有極大的比表面積，因此其反應活性極高。

靜電紡絲是在高電壓作用下，高聚物溶液或熔融體利用電場力形成一股帶電的噴射流，從噴口噴出，形成固體纖維的過程。靜電紡絲法作為制備連續(xù)、大比表面積和表面多孔結構的納米纖維的主要方法，被認為是制備納米纖維的最有效方法，與其他方法相比具有設備簡單、操作容易以及高效等特點。

申請?zhí)枮?00610125960.6的專利技術，公開了一種可用于納米纖維靜電紡絲的靜電紡絲儀，該紡絲儀由三部分組成：高壓電源、注射器與負極收集器(一般直接接地)。其主要過程是：由泵給注射器活塞一個連續(xù)恒定的推力，注射器中的聚合物溶液以固定速率被擠出到針頭上；當高壓電源啟動以后，電場使針頭上即將滴下的液滴產(chǎn)生電荷，當電場強度增加到臨界值時，半球狀液滴會轉變?yōu)殄F形，這一帶電的錐體稱為Taylor錐；進一步增加電場強度，帶電射流會從Taylor錐尖噴射出來，放電后的聚合物經(jīng)過不穩(wěn)定拉伸會變細變長。同時溶劑揮發(fā)纖維固化，并以無序狀排列于收集裝置上，形成微細纖維網(wǎng)。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種生物柴油專用的氧化鋅納米纖維催化劑的制備方法，用此方法制備的氧化鋅納米纖維催化劑可專用于制備生物柴油，具有活性高、易分離等優(yōu)點。

為實現(xiàn)本發(fā)明的目的采用的技術方案是：

(1)靜電紡絲液的配置：首先將聚乙烯醇(PVA)溶于有機酸溶劑中，再向該溶液中加入醋酸鋅，攪拌一段時間后形成透明均一的紡絲液，其中各成分的重量百分比如下：有機酸70-80％；聚乙烯醇10-15％；醋酸鋅8-15％。

(2)醋酸鋅/聚乙烯醇復合納米纖維的制備：通過靜電紡絲儀電紡制備復合納米纖維。其中采用的電紡參數(shù)為：電壓5-10kV，噴絲頭與接收裝置距離10-20cm，供料流速3-5ml/1h，電紡溫度40-50℃。

(3)氧化鋅納米纖維的制備：將制備的醋酸鋅/聚乙烯醇復合納米纖維放入馬弗爐中高溫煅燒，500-600℃下保持3-5小時。

本發(fā)明所述的有機酸溶劑是甲酸、乙酸、丙酸、丁酸或戊酸，或是上述幾種有機酸任意比例的混合物。

本發(fā)明的優(yōu)點是：

(1)采用靜電紡絲技術制備氧化鋅納米纖維，設備簡單，操作容易，可以大量制備；