[發(fā)明專利]一種堿性催化膜及其制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110350513.1
• 申請(qǐng)日: 2011-11-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102513081A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 肖國(guó)民;高李璟;徐威;徐積武;肖洋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J23/04
• 分類號(hào): B01J23/04;B01J23/02;B01J27/224;B01D71/02;B01D69/02;B01D67/00;C11C1/08;C11C3/10
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種可用于膜催化制備分離生物柴油的堿性催化膜及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著石油資源的日益減少和人們環(huán)保意識(shí)的逐步提高，世界各國(guó)加快了尋找化石燃料替代品的步伐，紛紛開(kāi)發(fā)新能源，以期能在維持工業(yè)發(fā)展的同時(shí)保護(hù)人類賴以生存的環(huán)境。其中，生物柴油以其優(yōu)越的環(huán)保性、較好的安全性能和可再生性能而備受研究者青睞，開(kāi)發(fā)和使用生物柴油被認(rèn)為是解決液體能源問(wèn)題的重要途徑之一。

目前工業(yè)上生產(chǎn)生物柴油主要應(yīng)用酯交換法，利用動(dòng)植物油脂和低級(jí)醇發(fā)生酯交換反應(yīng)，生成相應(yīng)的脂肪酸酯，再經(jīng)分離純化得到生物柴油產(chǎn)品。目前工業(yè)生產(chǎn)中多采用均相催化劑催化酯交換反應(yīng)，雖然反應(yīng)轉(zhuǎn)化率較高，但是后續(xù)處理復(fù)雜，產(chǎn)物和催化劑的分離困難，廢水排放量大，這樣不但污染了環(huán)境而且對(duì)所制備得到的生物柴油品質(zhì)也有一定的影響。相比較而言，非均相催化劑可以解決催化劑分離問(wèn)題，且反應(yīng)條件溫和，催化劑可重復(fù)使用，容易采用自動(dòng)化連續(xù)生產(chǎn)，并具對(duì)設(shè)備腐蝕小，對(duì)環(huán)境污染小。而在非均相催化劑中，固體堿催化劑以其優(yōu)異的催化性能和溫和的反應(yīng)條件得到了研究者的廣泛關(guān)注。

專利號(hào)為US?2006069274的美國(guó)專利公開(kāi)了一種生物柴油連續(xù)化生產(chǎn)過(guò)程，所采用的催化劑是CaO和MgO的混合物。專利號(hào)為CN?1664072A的專利申請(qǐng)了采用固體堿法制備生物柴油的方法，催化劑為堿或堿土金屬氧化物、負(fù)載型堿金屬及氫氧化物。專利號(hào)為CN?101024173A的專利申請(qǐng)了用于制備生物柴油的負(fù)載型固體堿催化劑，以多孔性物質(zhì)為載體按一定質(zhì)量比將堿金屬或堿土金屬的可溶性鹽水溶液等體積浸漬多孔性物質(zhì)，經(jīng)陳化、干燥煅燒、研磨得到相應(yīng)固體堿催化劑，該發(fā)明催化植物油脂中甘油三酯的酯交換轉(zhuǎn)化率不低于95%。專利號(hào)為CN?101138737的專利申請(qǐng)了一種以改性MCM-41介孔分子篩為載體，負(fù)載堿金屬氧化物的固體堿催化劑。以上催化劑在生產(chǎn)生物柴油方面已有所提高，但仍有一些不足，如還不夠穩(wěn)定、制備方法復(fù)雜等，不利于全面推廣使用。

使用膜反應(yīng)器制備生物柴油是新近發(fā)展的一種膜催化和膜分離集成技術(shù)。通過(guò)膜材料設(shè)計(jì)與催化劑的負(fù)載能力調(diào)控可克服非均相催化的不足，同時(shí)結(jié)合膜分離技術(shù)，選擇性地脫除反應(yīng)產(chǎn)物，可以突破反應(yīng)平衡限制以提高反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率，同時(shí)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物的高效率、低能耗的分離純化。

近年來(lái)，研究者對(duì)利用膜反應(yīng)器制備、分離純化生物柴油方面做了大量工作。Cao等在半連續(xù)狀態(tài)下，以菜籽油與甲醇為原料，NaOH為催化劑進(jìn)行酯交換反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明0.05μm、0.2μm、0.5μm和1.4μm四種膜孔徑的反應(yīng)器均能很好地對(duì)未反應(yīng)的菜籽油進(jìn)行截留。Dube等采用隋性碳膜反應(yīng)器在半連續(xù)狀態(tài)下，以NaOH和濃硫酸為催化劑，催化菜籽油與甲醇的酯交換反應(yīng)，均得到了高質(zhì)量的生物柴油。汪勇等采用陶瓷膜對(duì)已經(jīng)蒸餾分離了甲醇的粗生物柴油進(jìn)行精制，得到了符合歐洲標(biāo)準(zhǔn)的精制生物柴油。Gomes等進(jìn)行了陶瓷膜分離生物柴油產(chǎn)品和甘油微濾效率的研究，采用不同孔徑的Al₂O-₃/TiO₂管式膜分離含80%生物柴油、10%甘油、10%乙醇的原料，在適宜的條件下可以達(dá)到良好的分離效果。專利號(hào)為US?20100307051的美國(guó)專利公開(kāi)了一種使用膜反應(yīng)器生產(chǎn)生物柴油的方法，使用低濃度NaOH為催化劑催化油脂和甲醇的酯交換反應(yīng)，在適宜條件下油脂轉(zhuǎn)化率達(dá)95%以上，分離得到的富油相中FAME含量達(dá)到85%。專利號(hào)為CN?101235351A的專利申請(qǐng)了一種固定化酶膜反應(yīng)器及其制備和用其生產(chǎn)生物柴油的方法，用超細(xì)纖維復(fù)合膜填裝于內(nèi)外雙圓筒形模具中，形成膜反應(yīng)器件，并使脂肪酶化學(xué)固定于超細(xì)纖維膜表面，得到固定有脂肪酶的酶膜反應(yīng)器；將動(dòng)植物油脂混合溶液和甲醇分別注入超細(xì)纖維復(fù)合膜的內(nèi)側(cè)和外側(cè)，使其在纖維膜表面進(jìn)行催化醇解反應(yīng)，生產(chǎn)生物柴油，所述方法能很好地分離甲醇和生物柴油。專利號(hào)為CN?101265413A的專利公開(kāi)了一種固定化脂肪酶-多孔膜生物反應(yīng)器制備生物柴油的方法，將固定化脂肪酶的中空纖維多孔膜膜組件組裝為酶膜生物反應(yīng)器，油脂與低碳醇的混合物走膜組件的殼層，水走膜組件的管程，在固定化脂肪酶的催化作用下，油脂與低碳醇循環(huán)反應(yīng)一定時(shí)間，生物柴油收率可達(dá)90%以上。