[發明專利]一種增溶易分離離子液體均相催化制備生物柴油的方法

有效

• 申請號: 201510078892.1
• 申請日: 2015-02-13
• 公開（公告）號: CN104694259B
• 公開（公告）日: 2017-08-22
• 發明（設計）人: 袁振宏;苗長林;呂鵬梅;羅文;李惠文;楊玲梅;劉姝娜;李志兵;王治元;王忠銘;莊新姝
• 申請（專利權）人: 中國科學院廣州能源研究所
• 主分類號: C11C3/10
• 分類號: C11C3/10;C11C3/04;C10L1/02;C07C211/63;C07C209/00;C07C303/32;C07C309/30;B01J31/02
• 代理公司: 廣州科粵專利商標代理有限公司44001
• 代理人: 莫瑤江

技術領域：

本發明涉及生物化工領域，具體涉及一種增溶易分離離子液體均相催化制備生物柴油的方法。

背景技術：

我國是世界上最大的、經濟發展最為迅速的發展中國家。經濟發展離不開能源支撐，但是我國石油能源相對短缺，煤炭能源利用效率低下及造成的環境污染正成為困擾我國經濟與社會可持續發展的重要因素。在這一背景下，包括生物柴油在內的各種生物質能源的研究開發已成為解決能源危機及環境污染問題的熱門話題之一。生物柴油不含硫和芳烴、十六烷值高、潤滑性好，是一種優質的清潔柴油。生物柴油傳統制備工藝過程中，多采用硫酸等均相酸催化劑或氫氧化鈉等均相堿催化劑，均相酸堿催化劑催化活性高，反應速率快，反應時間短，催化劑和醇的用量少，轉化率高，但以無機堿為催化劑時，產物易皂化，如果不能嚴格控制原料油脂中自由脂肪酸和水的含量，很容易堵塞管道。以無機酸為催化劑時，需要更高的反應溫度，酸催化劑對設備和管道的腐蝕也相當嚴重。同時均相酸堿催化劑都難以回收重復利用，產品需要中和洗滌而帶來的大量工業廢水，造成環境污染，后處理復雜，副產物甘油分離精制困難。為了改善以上技術瓶頸，科研人員開始采用非均相固體酸或堿催化劑克服以上不足，但非均相催化劑存在活性低、反應速度慢、催化劑易失活需反復再生且再生成本高等缺點。因此，開發對環境友好的綠色、快速合成、易分離純化新工藝已成為當務之急。

離子液體是由帶正電荷的離子和帶負電荷的離子構成，在-100℃和200℃間呈液體狀態，具有不揮發、熱穩定性好、結構可設計、可回收再利用等優點。與傳統酸堿催化劑相比，腐蝕性低，反應速率快，過程清潔，催化劑結構可調，穩定性高，轉化率高。因此，離子液體具有取代傳統工業催化劑的潛力，近年來受到人們的廣泛關注。

李為民等在申請號為201210546114.7專利中,公開了雙功能離子液體一步法催化廢油脂制備生物柴油的方法，該方法采用廢油脂和烷基醇為原料，以嗎啡啉類離子液體為催化劑，催化制備生物柴油，反應結束后，離子液體與產物可自動分相。本發明采用的離子液體制備過程簡單，活性高，用量少，熱穩定性好，反應時間短，反應后產物處理容易，無污染。林金清等在申請為201310053512.X專利中以高酸值米糠油和甲醇為原料，以磺酸基功能化季銨鹽離子液體為催化劑催化制備生物柴油，該發明具有原料成本低、工藝簡單、反應速度快、轉化率高、催化劑回收簡單且可重復使用、經濟效益高，腐蝕性低、綠色環保的優點。梁學正在申請號為201210083033.8專利中公開了一種聚合型離子液體催化廢棄油脂合成生物柴油的方法，該發明以廢棄油脂為原料，采用聚合型離子液體催化劑，與低級脂肪醇進行酯交換反應，反應結束后，將催化劑從反應混合物中過濾出來，經分液、水洗、堿洗、蒸餾處理即獲得生物柴油。本發明所述的方法具有如下優點：產率高，催化效率高，反應條件溫和,反應時間短；催化劑回收方便，重用性能好。王波在申請號201010225684.7專利中公開一種基于多磺酸功能化離子液體的生物柴油合成方法。該方法具有腐蝕性低，催化劑活性高，反應過程清潔，后處理簡便，催化劑擁有液體酸的高密度反應活性位和固體酸的不揮發性、易分離特性，并且具有可重復使用的特點。

然而分析已有的發明專利，可以看到所采用的離子液體對底物的溶解性差，油脂與短鏈醇基本不互溶，是一個典型的非均相酯化反應，反應速率慢，反應時間長，且離子液體在室溫下為液態，需要蒸餾精細回收離子液體催化劑，分離重復利用困難，后處理工藝長，這成為一個制約生物柴油產業發展的瓶頸。

發明內容：

我們研究發現離子液體具有很強的可塑性，可根據反應底物的極性以及疏水性來調節陰、陽離子的結合，從而最大限度的增大反應底物的溶解度以及互溶度，提高反應速率。因此如若能夠開發一種在室溫條件下為固態，加熱到80℃以上熔融成液體，對油脂和短鏈醇溶解性好的離子液體，在生物柴油制備過程中，離子液體即作為反應的催化劑又作為底物的增溶劑，反應結束后，通過冷卻，離子液體成為固態自動分離出來，這對生物柴油的工業化制備，將具有良好的應用前景。

本發明的目的是提供一種增溶易分離離子液體均相催化制備生物柴油的方法，在生物柴油制備過程中，利用一種在室溫條件下為固態，加熱到80℃以上熔融成液體，對油脂和短鏈醇溶解性好的離子液體既作為反應的催化劑又作為底物的增溶劑，反應結束后，通過冷卻，離子液體成為固態自動分離出來，解決了現有技術中離子液體對底物的溶解性差，油脂與短鏈醇基本不互溶，反應速率慢，反應時間長，且離子液體在室溫下為液態，需要蒸餾精細回收離子液體催化劑，分離重復利用困難，后處理工藝長的問題。