[發明專利]一種短介孔固體堿分子篩催化合成生物柴油的方法

有效

• 申請號: 201711209840.9
• 申請日: 2017-11-28
• 公開（公告）號: CN107876105B
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 劉躍進;王亮;劉寧;余瓊;李姍姍;潘浪勝;李勇飛;駱戰濤;唐紅娟
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: B01J31/38
• 分類號: B01J31/38;C10L1/02;C11C3/10
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本發明公開一種短介孔固體堿分子篩催化合成生物柴油的方法，將甲基咪唑、硅烷偶聯劑在有機溶劑中實現甲基咪唑N?烷基化反應，得到一種有機硅離子液體[Smim]Cl，再嫁接到短介孔Zr?SBA?15分子篩載體上，最后與堿性物質進行陰離子交換，制得一種新型短介孔固體堿分子篩[Smim]X/SBA?15催化劑，用于催化油脂與醇類物質合成生物柴油，反應溫度65~85℃，反應時間6~10h，催化劑重復使用性好，用飽和鹽水對生物柴油粗產品破乳分離，精制成本低，生物柴油產率達97.6%，物質組份回收循環利用，工藝綠色環保。

技術領域

本發明屬于精細化工生物能源領域，涉及一種新型短介孔分子篩固載堿性離子液體催化劑[Smim]Y/Zr-SBA-15催化油脂與甲醇酯交換反應合成生物柴油的方法。

背景技術

生物柴油作為一種清潔可再生能源，具有良好的燃燒、環保、少硫氮化合物排放，使用靈活方便，仍是研究熱點，特別是廢棄油脂的利用更具有重要的社會環保意義。制備生物柴油通常采用堿催化，如KOH、NaOH、K2CO3、NaCO3等，但存在對設備腐蝕且需酸堿中和、均相堿液催化易皂化產生大量廢水、對環境造成二次污染等問題。因此，開發催化活性高、易分離回收的固體催化劑代替傳統均相堿液催化受到高度關注。

離子液體是由有機陽離子和有機或無機陰離子構成，與傳統溶劑相比，蒸汽壓低且熱穩定性好，離子液體的陰陽離子具有可修飾性，通過引入活性基團，使其在有機反應中可作為高效催化劑同時還作為良好溶劑。但離子液體存在用量大、成本高、亦有一定粘度、與產物分離困難等缺點。孔潔（糧油加工，2010，3:31-33）用堿性離子液體[Bmin]OH催化葵花籽油與甲醇酯交換反應制備生物柴油，產品質量收率較高，但離子液體從產物中分離困難。這樣促使研究具有高活性且易分離的固載離子液體，以克服離子液體用量大、成本高、亦有一定粘度、難分離回收的缺點。

本發明公開一種新型短介孔分子篩固載堿性離子液體催化劑[Smim]Y/Zr-SBA-15催化油脂與甲醇酯交換反應合成生物柴油的方法，具有催化效率高、催化劑重復使用性好、活性組分不易流失、離子液體用量低等優點。

發明內容

本發明的目的

本發目的旨在提供一種高效易分離穩定性好的一種短介孔分子篩固載堿性離子液體催化劑[Smim]Y/Zr-SBA-15的制備及催化油脂與甲醇酯交換反應合成生物柴油的方法。

本發明的技術方案

1.一種短介孔固體堿分子篩催化合成生物柴油的方法，包括：

（1）所述的短介孔固體堿分子篩為[Smim]Y/Zr-SBA-15，其中Zr-SBA-15為短介孔分子篩載體，Y為堿性陰離子，[Smim]為1-丙基(三乙氧基硅基)-3甲基咪唑陽離子，[Smim]的結構式為：

所述的短介孔固體堿分子篩[Smim]Y/Zr-SBA-15中，[Smim]Y、Zr、Si的質量摩爾比為0.1~1:0.01~0.1:1，優選0.4~0.8:0.02~0.04:1；

所述的短介孔固體堿分子篩[Smim]Y/Zr-SBA-15呈薄六邊形，邊長300~600nm，厚度50~150nm，孔徑4~9nm，孔體積0.4~1.2cm³/g，比表面積300~700m²/g；

所述的短介孔固體堿分子篩[Smim]Y/Zr-SBA-15的堿度pKa為7.2~15.0。

（2）所述的短介孔固體堿分子篩[Smim]Y/Zr-SBA-15的制備方法如下：

第一步：將甲基咪唑、硅烷偶聯劑、溶劑1按照1:1~4:15~25的質量比攪拌混合均勻，在105~120℃通N₂冷凝回流12~24h，實現甲基咪唑N-烷基化反應，減壓蒸出溶劑1后，得到一種有機硅離子液體化合物 [Smim]Cl；