[發明專利]一種合成生物柴油的固體堿催化劑及制備方法和應用

無效

• 申請號: 200910026830.0
• 申請日: 2009-06-02
• 公開（公告）號: CN101564693A
• 公開（公告）日: 2009-10-28
• 發明（設計）人: 吳功德;王曉麗;潘效軍;丁克強;張方;劉獻峰;張旋;易成欣
• 申請（專利權）人: 南京工程學院
• 主分類號: B01J27/138
• 分類號: B01J27/138;B01J23/04;B01J21/04;B01J27/128;B01J37/08;C10L1/02
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技術領域

本發明涉及一種合成生物柴油的固體堿催化劑及制備方法和應用。

背景技術

生物柴油是一種可以代替普通柴油使用的環保型可再生燃料。具有可再生、可降解、無毒、高閃點、高十六烷值、對環境友好等優點。它的推廣使用將為日益枯竭的化石原料提供一種理想的替代品，并能有效地減少溫室氣體的排放。

目前，生物柴油大都采用均相酯交換反應來制備，雖然催化效率很高，但存在著催化劑與產物分離困難，產生大量的廢酸、堿液污染環境等難題。而采用固體催化劑替代均相催化劑，使得產品與催化劑分離容易，避免了大量廢液的排放，有效防止了環境污染。同時固體催化劑具有易活化再生，便于連續操作的特點。固體酸、固體堿皆可有效的催化合成生物柴油。其中固體酸催化酯交換生產生物柴油，雖然容易使催化劑與產物分離，但存在著催化劑活性偏低，反應速率慢等問題。與固體酸相比，固體堿催化劑具有催化活性高、反應時間短、成本低等優點。目前研究較多的固體堿催化劑有水滑石及水滑石負載的氟化鉀、KF/Al₂O₃、堿金屬或堿土金屬的氧化物、稀土金屬氧化物以及堿性陰離子交換樹脂等，但這些催化劑的制備過程比較復雜，成本昂貴，強度較差。其中含堿金屬的固體堿催化劑在使用過程中易造成堿金屬活性組分的流失，污染產品；負載型催化劑要經過載體的制備、浸漬等繁瑣過程，既耗時耗能，也浪費了大量原料。

發明內容：

本發明的目的是針對現有技術的不足而提供一種固體堿催化劑及制備方法和應用。

本發明合成生物柴油催化劑的通式為N_y/M²⁺_1-x(M³⁺)_xO_2+x-y/2；N為鹵素陰離子，M²⁺為二價金屬陽離子，M³⁺為三價金屬陽離子，x、y分別在0.25-0.45和0.05-0.3之間。

本發明催化劑的制法包括如下步驟：

(1)配制一定濃度的二價金屬硝酸鹽化合物，在其中加入一定量的三價金屬氧化物，控制二價金屬與三價金屬的摩爾比在2.0-5.0左右。

(2)將一定量的鹵化銨和氫氧化物配成一定濃度的堿液。將該堿液與步驟(1)的溶液混合后充分攪拌，溫度控制在60-100℃老化處理8-96小時，過濾或離心脫水，用水洗至中性，60-100℃烘干，所得產物為固體堿催化劑的前驅體。

(3)將步驟(2)的前驅體在N₂中煅燒2-12小時，溫度控制在200-1000℃之間，便可得催化劑。

所述的二價金屬可以是鈣、鋇、鎂、鋅、鐵、銅、鎳的一種或幾種，三價金屬可以是鋁、鉻、鐵、鈷一種或幾種。

所述的鹵化銨可以是氟化胺、氯化銨、溴化銨、碘化銨的一種或幾種；

所述的氫氧化物可以是氫氧化鋰、氫氧化鈉、氫氧化鉀的一種或幾種。

本發明的催化劑用于合成生物柴油，方法是將將油脂和低碳醇以3-9∶1的比例，及用量為反應物總重量的0.3-3％催化劑一起放入裝有回流裝置的三口燒瓶中，在攪拌的情況下，升溫至30-120℃，反應1-6小時。分離出本發明的固體堿催化劑，靜止分層，上層為生物柴油和未反應的醇，下層為甘油，上層通過減壓蒸餾，分離并回收醇；即得到生物柴油。

所述的油脂可以是植物油脂、動物油脂、廢棄油、地溝油中的任何一種。

所述的低碳醇可以是甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、異丙醇、正丁醇、叔丁醇中的任何一種。

本發明與現有技術相比具有如下優點：

(1)催化劑載體和活性組分一步法直接合成，制備方法簡單，易操作，催化劑成本低，不對環境造成污染。

(2)在生物柴油合成反應中，反應條件溫和，生物柴油產率高。

(3)該堿催化劑不易受水和CO₂的污染，重復使用性能良好。

具體實施方式：

實施例1：