[發(fā)明專利]一種生物柴油酸堿雙功能磁性納米催化劑及制備方法和應用

有效

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• 申請日: 2021-05-25
• 公開（公告）號: CN113275015B
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發(fā)明（設計）人: 陳冠益;夏曬歌;李婉晴;顏蓓蓓;程占軍;林法偉;李麗萍;杜桂月
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B01J23/78
• 分類號: B01J23/78;B01J37/03;B01J37/10;B01J37/08;C11C3/10;C10L1/02
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 王麗

本發(fā)明公開了一種生物柴油酸堿雙功能磁性納米催化劑及制備方法和應用。該方法通過水熱和煅燒法將過渡金屬元素Co摻雜進入具備酸堿雙功能的Fe₂O₃混合CaO中，Co摻雜進入CaO中，使得Ca²⁺穩(wěn)定性增加，F(xiàn)e₂O₃對Ca²⁺也有一定的穩(wěn)定作用，二者同時緩解了Ca²⁺的流失，提高了催化劑的催化活性和壽命。且Co的摻入使Fe₂O₃的晶型從α?Fe₂O₃轉變?yōu)棣?Fe₂O₃，從而使催化劑具備了磁性，可經(jīng)由磁回收重復利用。另外，該催化劑可以有效催化大豆油轉化為生物柴油，產(chǎn)率可達98.0％。此外，所制備的生物柴油可用作柴油機燃料，開發(fā)為脂肪醇、綠色增塑劑等附加值產(chǎn)品，具有較大的工業(yè)應用發(fā)展?jié)摿Α?/p>

技術領域

本發(fā)明屬于生物質(zhì)能源技術領域，具體涉及一種生物柴油酸堿雙功能磁性納米催化劑Co/Fe₂O₃-CaO制備方法及應用。

背景技術

化石燃料是最常用的能源，占世界能源需求的80％。然而，化石能源不可再生且隨著人類對能源需求的增加，尋找替代能源已成為世界關注的焦點，我國“碳達峰、碳中和”目標的提出表明，生物柴油可能在不久的將來成為最具潛力的替代燃料。目前，生物柴油主要是利用均相或多相催化劑通過對動植物油脂、餐飲廢油、微藻等可再生資源進行酯交換反應合成的。均相催化劑的酯交換反應是最常見和最商業(yè)化的技術，但存在環(huán)境污染和回收成本高的問題。多相催化劑由于易于分離和回收，可以克服這一問題。常規(guī)的固體酸催化劑對原料油的酸值和水分具有較高的耐受性，但是反應速率慢，固體堿催化劑反應速率快，但是對原料油的酸值和水分要求較高，否則會發(fā)生皂化反應，影響分離且會造成催化劑損失，因此，開發(fā)具有酸堿雙功能的催化劑兼具了酸催化劑較強的耐酸和耐水性以及堿催化劑反應速率快的優(yōu)點，被認為是一種新穎、有前途的利用高酸值原料生產(chǎn)生物柴油的技術。

CaO由于原料易得、來源廣泛且成本低、催化活性高等優(yōu)點被廣泛應用于催化制備生物柴油。然而，純的CaO直接催化酯交換反應時，其表面的晶格氧自由基容易與甲醇或甘油形成氫鍵，增加了甘油的粘度，與CaO形成懸浮液，造成催化劑活性組分流失且分離困難等問題。因此，開發(fā)具有高穩(wěn)定性，強活性位點，耐酸和水分，易于分離和回收且可以循環(huán)利用的磁性酸堿雙功能非均相鈣基催化劑來更加高效地制備生物柴油具有一定的研究意義。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決純的CaO作為催化劑，其活性組分易于流失、分離困難等問題，本發(fā)明將過渡金屬元素Co摻雜到混合金屬氧化物Fe₂O₃-CaO上，Co摻雜進入CaO中，使得CaO晶格變形，Ca²⁺穩(wěn)定性增加，且Fe₂O₃對Ca²⁺也有一定的穩(wěn)定作用，二者同時緩解了Ca²⁺的流失，提高了催化劑的催化活性和壽命。另外，Co摻雜進入Fe₂O₃中，使得Fe₂O₃的晶型發(fā)生了轉變，由α-Fe₂O₃轉變?yōu)棣?Fe₂O₃，同時催化劑也因此具有了磁性。

本發(fā)明所提供的技術方案如下：

一種生物柴油酸堿雙功能磁性納米催化劑，其結構為Co/Fe₂O₃-CaO；其中Co和Ca摩爾比0.2:1～0.6:1。

優(yōu)選Co和Ca摩爾比0.4:1～0.5:1。

一種生物柴油酸堿雙功能磁性納米催化劑的制備方法，包括如下步驟：