[發明專利]疏水性多孔碳基固體酸催化廢棄油脂合成生物柴油的方法

在審

• 申請號: 201811258085.8
• 申請日: 2018-10-26
• 公開（公告）號: CN109370783A
• 公開（公告）日: 2019-02-22
• 發明（設計）人: 梁學正;李俊巧;施映霞;張杰;才央拉姆
• 申請（專利權）人: 紹興文理學院
• 主分類號: C11C3/10
• 分類號: C11C3/10;C10L1/02
• 代理公司: 杭州橙知果專利代理事務所(特殊普通合伙) 33261
• 代理人: 程志軍

本發明提供一種環境友好的，疏水性多孔碳基固體酸催化廢棄油脂合成生物柴油的方法，該方法所用的疏水性多孔碳基固體酸催化劑具有高疏水比表面，能夠有效分離副產物水和甘油，對合成生物柴油有很高的催化活性。本發明所述的方法具有如下優點：(1)產率高，為96.5～99.5％；(2)原料利用率高，能同時將甘油酯和游離脂肪酸轉化為生物柴油產品；(3)催化劑用量小，約占反應原料總重的0.5～4％；(4)反應條件溫和，反應時間短；(5)催化劑可重復使用；(6)沒有皂化等副反應；(7)廢棄油脂原料預處理簡單等。

技術領域

本發明涉及疏水性多孔碳基固體酸催化廢棄油脂合成生物柴油的方法，屬于有機化學合成技術領域。

背景技術

隨著石油等礦物資源的日益減少以及其對地球環境影響,開發新型綠色可再生燃油資源成為目前廣泛關注的問題。生物柴油是一種長鏈脂肪酸的單烷基酯，不含硫和芳烴,十六烷值高,并且潤滑性能好,是一種優質清潔燃料。同時，生物柴油具有傳統石化燃料不可比擬的優點,原料是可再生的生物質的油脂，產品本身環境友好，可生物降解,閃點高,無毒,揮發性有機物(VOC)含量低，熱值高、燃燒完全,不用更換和經常清洗發動機，也是制造可生物降解的具有高附加值的精細化工產品原料。生物柴油最為重要的環保效應是以一種間接方式，通過CO₂重新轉變為碳氫化合物，使CO₂凈排放量大大降低。科學家們經研究認為，使用生物質原料能源是一種比增加森林資源(作為CO₂吸收)更有作為和更有效的策略。生物柴油的生產方法主要是通過植物油或者動物脂肪與低碳醇的酯交換反應來制備。通常使用的催化劑主要有酸催化、堿催化、酶催化和超臨界法。堿催化[盛梅等,高校化學工程學報，2004，18(2)：231-236]多采用均相催化劑如NaOH、KOH、甲醇鈉等,存在著對原料要求嚴格，需要無水無酸的苛刻條件，同時存在皂化現象，產品后處理復雜等缺點。酶催化[聶開立等，生物加工過程，2005，3(1)：58-62]存在催化劑價格昂貴，容易失活，反應時間長等缺點。用超臨界非催化法存在反應溫度與壓力超過甲醇的臨界溫度與臨界壓力,生產工藝對設備要求高。酸催化法[Ono,Y.J.Catal，2003，216(1—2):406] 具有反應活性高，對原料要求小，可以是高酸值或者含水的原料油，而且沒有皂化等副反應的發生。但傳統多使用硫酸等液體酸為催化劑，存在設備腐蝕嚴重，催化劑分離困難，無法重復使用等缺點。作為人口擁有量最多的國家，餐飲廢油(俗稱垃圾油、潲水油)一直是令人頭疼的問題，以餐飲廢油脂為原料，可以制備生物柴油利國利民，這樣既能解決上述污染問題，還能變廢為寶，降低生物柴油的制造成本。但廢棄油脂中含有大量游離脂肪酸，游離脂肪酸酯化會產生大量水，導致嚴重的水解反應，因而，傳統碳基固體酸催化劑需要在高溫(220℃)下進行反應才能獲得較滿意結果[Shu，Q.Appl.Energ,2010,87: 2589]。為解決以上問題，本發明提供一種疏水性多孔碳基固體酸材料，具有高疏水多孔比表面，能夠有效分離極性副產物甘油和水，促進反應完成。

發明內容

本發明的目的是為了解決上述現有技術的不足而提供一種疏水性多孔碳基固體酸催化廢棄油脂合成生物柴油的方法。上述方法是一種環境友好的、廢棄油脂合成生物柴油的方法，以疏水性多孔碳基固體酸材料為催化劑解決背景技術所存在問題。

為了實現上述目的，本發明所設計的一種疏水性多孔碳基固體酸催化廢棄油脂合成生物柴油的方法，在酯交換過程中以疏水性多孔碳基固體酸為催化劑，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、蒸餾等處理即可獲得生物柴油。反應結束后過濾出的催化劑可重復使用，活性基本保持不變，反應產率達到96％以上。

本發明所述的反應通式如下所示：

現詳細說明本發明的技術方案。一種以疏水性多孔碳基固體酸為催化劑制備生物柴油的方法，其特征在于，采用無毒的、無腐蝕的、可循環使用的疏水性多孔碳基固體酸作為催化劑，具體操作步驟：

步驟一，疏水性多孔碳基固體酸材料的制備；