[發明專利]一種用新型固體堿催化劑制備生物柴油的方法

在審

• 申請號: 201410378027.4
• 申請日: 2014-08-04
• 公開（公告）號: CN104099184A
• 公開（公告）日: 2014-10-15
• 發明（設計）人: 韓欣攸;虞思祎
• 申請（專利權）人: 韓欣攸;虞思祎
• 主分類號: C11C3/10
• 分類號: C11C3/10;C10L1/02;B01J27/138
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• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種以地溝油為原料，以新型固體堿催化劑制備生物柴油的方法，屬于綠色可再生能源技術領域。

背景技術

地溝油是質量和衛生條件極差，過氧化值、酸價、水分及各種有毒有害物質等嚴重超標的各種劣質油脂的總稱。如果它作為食用油流入市場，將嚴重危害健康，故被政府明令禁止。但是與普通食用油相比，地溝油價格低廉，因此以其為原料生產生物柴油，具有極大的經濟價值，被認為是生物柴油的理想原料。

生物柴油是指以動植物油脂等可再生生物資源為原料生產的長碳鏈脂肪酸甲酯，主要成分包括油酸甲酯、亞油酸甲酯、亞麻酸甲酯、棕櫚酸甲酯、硬脂酸甲酯等。較傳統燃料而言，它具有以下優點：可降解、可再生、無毒無害、環境友好；可直接用于柴油發動機且具有較好的低溫發動機啟動性能；基本無溫室效應；閃點高，安全性能好；本地生產，易于運輸等。

生物柴油主要用化學法生產，最常用的方法是在催化劑作用下，使甘油三酯與甲醇進行酯交換反應，生成脂肪酸甲酯。于政欽等（CN103571631A）公開了一種酸催化下利用地溝油制備生物柴油的方法，以5%?H₂SO₄為催化劑，在70?℃恒溫加熱4?h，經后續處理后得到淺黃色澄清產品，即生物柴油。此方法反應時間長，且產生大量酸性廢水，不僅污染環境，還導致油脂皂化或碳化，影響產率。因此需尋找一種反應速度快、綠色環保的地溝油轉化生物柴油的方法。

近年來，研究表明，固體堿催化劑具有良好的催化活性、易于分離、有較高的回收利用價值，是改進生物柴油制備技術的一大突破口。負載型固體堿催化劑一般以浸漬法制備，可分為沉淀、成熟、干燥、煅燒四個步驟，其催化活性受負載物與載體之間相互作用影響，不同的制備方法也影響堿位的生成和表面性質，最終影響催化活性。韓生等（CN103074163A）公開了一種固體堿催化劑催化制備生物柴油的方法，在精制地溝油與甲醇的質量比為100:16-20時，控制溫度60?℃，時間為5?h，進行催化反應，再經減壓蒸餾2?h等操作得到生物柴油，產率為92.1%。此方法雖然利用KOH、NaOH等固體堿催化劑，確保了無污染性和無腐蝕性，但工藝復雜，耗時長，因此需進一步研究一種更為高效的固體堿催化法以簡化工藝并提高效率。

微波是頻率在300?MHz-300?GHz?的電磁波，由于其熱量傳遞的均一性，微波加熱又被稱為無溫度梯度的“體加熱”。加熱過程中存在特殊的熱點和表面效應，導致催化劑表面能量分布不均勻，使某些點發熱而體相溫度不變，因此避免了載體骨架結構在高溫下坍塌，使催化劑具備活性高、成本低、穩定性高等優點（Honglei?Z,?Jincheng?D,?Zengdian?Z.?Microwave?assisted?esterification?of?acidified?oil?from?waste?cooking?oil?by?CERP/PES?catalytic?membrane?for?biodiesel?production[J].?Bioresource?technology,2012,123,72-77）。黃寶華等（CN101323791A）公開了一種用微波催化制備生物柴油的方法，在微波反應器中按比例加入原料油、甲酯和催化劑，反應時間11?min，反應溫度65?℃，產率高達93.8%。

發明內容

本發明的目的是提供一種產率較高、生產成本較低、綠色環保的利用地溝油生產生物柴油的方法。本發明通過下述方案實現：

首先，用堿煉法初步精制地溝油，使用NaOH等降低原料酸值，防止后續操作中的催化劑中毒，它的脫色作用也能提高生物柴油的品質；然后，結合濕式浸漬法與微波技術制備新型KCl/CaO負載型固體堿催化劑；最后，以精制后的地溝油為原料，使用新型KCl/CaO負載型固體堿催化劑，通過酯交換反應，進行生物柴油的制備。

所述的地溝油的精制是指：

第一步，稱取一定量的地溝油加入三口燒瓶中，將其置于可控溫反應器中，升溫至75?-80℃，調節轉速至60rpm。

第二步，稱取油重10%的NaOH配置成4%溶液，逐滴滴加入三口燒瓶，加堿時間10?min，加堿后繼續攪拌，以保證堿液分散度良好并反應充分。

第三步，將轉速降至30?rpm，繼續攪拌10?min并開始升溫，使皂粒凝聚，當油皂明顯分離易于沉降時，停止攪拌。

第四步，離心分離除皂（轉速4000?rpm，持續15?min）。

第五步，取上層油脂，攪拌并加入85?-90?℃鹽水（油重10%），加入分液漏斗靜置2?h。