[發明專利]一種生物柴油的竹碳基固體酸催化劑及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 201711391231.X
• 申請日: 2017-12-21
• 公開（公告）號: CN107999104A
• 公開（公告）日: 2018-05-08
• 發明（設計）人: 牛勝利;寧一麟;韓奎華;路春美
• 申請（專利權）人: 山東大學深圳研究院
• 主分類號: B01J27/188
• 分類號: B01J27/188;B01J35/10;B01J37/02;B01J37/08;C10L1/02;C11C3/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張曉鵬

本發明公開了一種生物柴油的竹炭基固體酸催化劑及其制備方法與應用，制備方法，包括如下步驟：1)將竹粉干燥后浸漬在磷酸溶液中，浸漬設定時間后干燥待用；2)將步驟1)中浸漬后的竹粉加熱碳化，然后水洗至中性，干燥待用；3)將步驟2)中的碳化產物與磷鎢酸溶液混合，攪拌均勻，蒸干水分，制備得到竹炭基固體酸催化劑。采用磷酸溶液對竹粉進行浸漬活化，磷酸分子填充竹粉的孔隙結構，催化降解促使竹粉低分子化，碳化過程中形成氣體逸出物料體系，從而起到擴孔的作用，使制備的竹炭基固體酸催化劑的比表面積大大增加，有利于提高其催化酯化的效率。

技術領域

本發明涉及催化劑制備技術，具體涉及一種生物柴油的竹碳基固體酸催化劑及其制備方法與應用。

背景技術

生物柴油作為石油柴油的替代品，具有與其相近甚至更優的閃點、十六烷值等理化指標，同時具有可降解、可再生、燃燒產物含硫量低等優勢，是一種典型的“綠色能源”。大力發展生物柴油對于緩解煤、石油、天然氣等化石燃料帶來的能源危機以及環境污染問題意義重大。目前，工業上生產生物柴油最常用的方法為通過KOH、NaOH等均相堿催化的酯交換法，但因原料油成本過高而受到嚴重制約。選用餐飲業廢油等廉價的酸化油代替普通油脂作為生產生物柴油的原料油，既能解決高成本的問題，又能改善“地溝油”等難題，是一舉兩得的針對措施。但堿催化法要求原料油無水且酸值不高于1mg KOH/g，不適用于餐飲業廢油生產生物柴油。相比之下，酸催化劑不受原料油中自由脂肪酸含量影響，在餐飲廢油為原料生產生物柴油過程能表現優良的催化性能。其中，固體酸尤其是碳基固體酸，可應用于多種化學反應，易于分離、催化性能優良、穩定性好且對設備腐蝕性小，因而引發了國內外諸多學者的深入研究，有望成為21世紀最有發展潛力的綠色固體酸催化劑。

現有技術中，碳基固體酸的制備多以葡萄糖、蔗糖、淀粉和纖維素等為原料，其成本相對較高且容易造成資源浪費。現有公開專利CN 102125874A文獻中報道以天然的農業廢棄物為原料，經過不完全碳化后再磺化的方法制得活性較高的碳基固體酸催化劑，所選原料來源廣泛且價格低廉。現有公開專利CN 103084187B文獻中報道以新鮮果殼為原料，經過活化、碳化再磺化的方法制備碳基固體酸催化劑，其催化活性較高。竹子，廣泛分布于東亞、東南亞及印度洋等地區，繁殖力強、來源廣泛、成本低廉，且竹子中含有大量纖維素，經過碳化后結構空隙度高，有利于作為活性分子的載體和緩釋材料，是竹材高附加值綜合利用的最有效途徑之一。現有公開專利CN 102675266A公開了一種以竹碳磺化固體酸催化制備馬來松香的工藝，該工藝易操作、三廢少，經濟實用。

雖然目前已有以竹材為原料制備固體酸的相關研究，但將竹碳基固體酸用于催化酯化生產生物柴油的報道較少。且現有技術中竹碳基固體酸的制備方法多為將竹屑碳化后，在濃硫酸等溶液中浸泡負載，所制備的催化劑孔結構不發達，比表面積低、機械性能差，從而限制了許多反應物大分子與催化劑表面活性位的接觸，導致其催化酯化率較低。

發明內容

針對上述現有技術中存在的技術問題，本發明的目的是提供一種生物柴油的竹炭基固體酸催化劑及其制備方法與應用。該固體酸催化劑以來源廣泛的竹粉為原料，解決原料成本高且資源浪費的問題。制備得到的固體酸催化劑的比表面積高、機械性能好，具有較高的催化酯化效率。

為了解決以上技術問題，本發明的技術方案為：

一種生物柴油的竹炭基固體酸催化劑的制備方法，包括如下步驟：

1)將竹粉干燥后浸漬在磷酸溶液中，浸漬設定時間后干燥待用；

2)將步驟1)中浸漬后的竹粉加熱碳化，然后水洗至中性，干燥待用；

3)將步驟2)中的碳化產物與磷鎢酸溶液混合，攪拌均勻，蒸干水分，制備得到竹炭基固體酸催化劑。