[發(fā)明專利]一種磺酸型磷鎢酸離子液體催化制備生物柴油的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510594020.0
• 申請(qǐng)日: 2015-09-17
• 公開（公告）號(hào): CN105112170A
• 公開（公告）日: 2015-12-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王璐璐;王吉林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 遼寧石油化工大學(xué)
• 主分類號(hào): C11C3/10
• 分類號(hào): C11C3/10;C10L1/02;B01J31/18
• 代理公司: 遼寧沈陽國(guó)興知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21100
• 代理人: 姜婷婷

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種具有磺酸型的磷鎢酸離子液體催化制備生物柴油的方法，屬于綠色環(huán)保新能源生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著化石能源的短缺、石油價(jià)格的上升及汽車尾氣排放引起的環(huán)境污染日益嚴(yán)重，人們迫切需要尋找新型的替代能源。其中，生物柴油因?yàn)槠渚哂锌稍偕院偷团欧判远鹑藗兊年P(guān)注。生物柴油是以油料植物、動(dòng)物油脂和廢棄食用油等為原料通過酯交換反應(yīng)得到的脂肪酸甲酯燃料。通常采用多相無機(jī)酸和堿作為酯交換反應(yīng)的催化劑。濃硫酸等無機(jī)酸盡管具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)、產(chǎn)物收率高、但存在嚴(yán)重設(shè)備腐蝕、產(chǎn)物后處理過程復(fù)雜和廢水污染環(huán)境等問題。無機(jī)堿催化劑可能會(huì)造成皂化反應(yīng)。多相固體酸堿催化劑具有較強(qiáng)的催化活性和重復(fù)使用性，但反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、催化劑容易失活。生物酶催化劑由于其環(huán)境友好受到了眾多關(guān)注。然而，酶的價(jià)格高、反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、反應(yīng)產(chǎn)率低。超臨界甲醇法制備生物柴油具有反應(yīng)速率快且原料轉(zhuǎn)化率高的優(yōu)點(diǎn)，但酯交換反應(yīng)需要在高溫高壓下進(jìn)行，對(duì)設(shè)備要求高且能耗較大。

離子液體是近年來備受關(guān)注的綠色溶劑和催化劑，具有飽和蒸汽壓低，良好的熱穩(wěn)定性以及可設(shè)計(jì)出不同的結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)。近年來，離子液體從耐水體系向功能化體系發(fā)展，即根據(jù)應(yīng)用需求，設(shè)計(jì)合成具有特定功能的離子液體。如為了提高離子液體的酸性，設(shè)計(jì)合成磺酸功能化的離子液體。但現(xiàn)有離子液體仍然存在用量大，而且與產(chǎn)物分離困難等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種磺酸型磷鎢酸離子液體催化制備生物柴油的方法，通過該方法合成生物柴油具有催化活性高，工藝簡(jiǎn)單，催化劑熱穩(wěn)定性好，容易回收以及可多次重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：

步驟1、制備磺酸型磷鎢酸離子液體

(1)中間體的制備：將1,3-丙烷磺內(nèi)酯溶于丙酮中，1,3-丙烷磺內(nèi)酯與丙酮的質(zhì)量比為1:5，在冰浴條件下用滴液漏斗向反應(yīng)器中邊攪拌邊逐滴加入嗎啡啉，反應(yīng)1-5h后生成的白色固體用溶劑丙酮洗滌3次，干燥后得到中間體1-(3-磺丙基)嗎啡啉；

(2)離子液體的制備：將中間體1-(3-磺丙基)嗎啡啉加入磷鎢酸水溶液中，1-(3-磺丙基)嗎啡啉與磷鎢酸的摩爾比為3:1，常溫反應(yīng)10～24h，將所得產(chǎn)物經(jīng)減壓蒸餾除去水，剩余固體放入真空干燥箱中干燥至恒重，即得到最終產(chǎn)物1-(3-磺丙基)嗎啡啉磷鎢酸鹽；

步驟2、制備生物柴油

將原料油脂和甲醇按摩爾比1:5～14的配比加入帶有回流冷凝裝置的三口燒瓶中，再加入質(zhì)量為油脂質(zhì)量的1～8％的上述1-(3-磺丙基)嗎啡啉磷鎢酸鹽形成的磺酸型磷鎢酸離子液體；在反應(yīng)溫度50～65℃，常壓下反應(yīng)2～8h，反應(yīng)結(jié)束后將混合物轉(zhuǎn)入分液漏斗中，靜置分層，分液，上層主要為生物柴油，將生物柴油水洗，干燥至恒重，然后通過氣相色譜分析其組成并計(jì)算生物柴油收率。

所述磺酸型磷鎢酸離子液體具有如下結(jié)構(gòu)：

所述的油脂為脂肪酸甘油酯的植物油中的任何一種。

所述的磺酸型磷鎢酸離子液體在制備生物柴油中的應(yīng)用。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)離子液體制備過程簡(jiǎn)單，價(jià)格相對(duì)低廉；

(2)催化劑活性高，用量少，反應(yīng)條件溫和，反應(yīng)時(shí)間短；

(3)離子液體性能穩(wěn)定，可重復(fù)使用，分離工藝簡(jiǎn)單，后處理成本低，無污染，不腐蝕設(shè)備，環(huán)境友好，可望成為極具競(jìng)爭(zhēng)力的清潔工藝路線。

雜多酸鹽由于其在反應(yīng)過程中是多相催化反應(yīng)，使其回收和催化劑再生變得非常容易。結(jié)合離子液體和雜多酸的優(yōu)點(diǎn)，將雜多酸的陰離子與離子液體的基團(tuán)結(jié)合，可以得到一種新型的有機(jī)-無機(jī)雜化材料。通過特定的帶有酸性功能化的陽離子與具有Keggin結(jié)構(gòu)的雜多酸陰離子作用，不僅可以調(diào)節(jié)雜多酸的催化性能，而且克服了昂貴的雜多酸均相催化劑回收困難、易流失造成的環(huán)境污染以及不利于工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用等問題。因而設(shè)計(jì)合成出高催化活性的磺酸功能化雜多酸離子液體，并將其應(yīng)用于酯交換反應(yīng)制備生物柴油具有一定的工業(yè)應(yīng)用前景。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。本發(fā)明的保護(hù)范圍不僅局限于下列內(nèi)容的表述。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例1制備的離子液體的紅外光譜圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例1制備的離子液體的TGA曲線；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例1制備的離子液體的XRD圖；

圖4-1、圖4-2、圖4-3及圖4-4是本發(fā)明實(shí)施例1制備的離子液體作為催化劑制備生物柴油的工藝條件考察示意圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1