[发明专利]新型固体碱催化剂及其在生物柴油合成中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及有机化学合成技术领域，具体地说是一种新型固体碱催化剂及其在生物柴油合成中的应用。

背景技术

随着石油等矿物资源的日益减少以及其对地球环境影响，开发新型绿色可再生燃油资源成为目前广泛关注的问题。生物柴油是一种长链脂肪酸的单烷基酯，不含硫和芳烃，十六烷值高，并且润滑性能好，是一种优质清洁燃料。同时，生物柴油具有传统石化燃料不可比拟的优点，原料是可再生的生物质的油脂，产品本身环境友好，可生物降解，闪点高，无毒，挥发性有机物(VOC)含量低，热值高、燃烧完全，不用更换和经常清洗发动机，也是制造可生物降解的具有高附加值的精细化工产品原料。生物柴油最为重要的环保效应是以一种间接方式，通过CO₂重新转变为碳氢化合物，使CO₂净排放量大大降低。科学家们经研究认为，使用生物质原料能源是一种比增加森林资源(作为CO2吸收)更有作为和更有效的策略。生物柴油的生产方法主要是通过植物油或者动物脂肪与低碳醇的酯交换反应来制备。通常使用的催化剂主要有酸催化、碱催化、酶催化和超临界法。酸催化法[Ono，Y.J.Catal，2003，216(1-2)：406]常采用硫酸等，存在醇的用量大，导致产品分层困难，反应温度高，催化效率差等缺点。碱催化[盛梅等，高校化学工程学报，2004，18(2)：231-236]多采用均相催化剂如NaOH、KOH、甲醇钠等，存在着对原料要求严格，需要无水无酸的苛刻条件，同时存在皂化现象，产品后处理复杂等缺点。酶催化[聂开立等，生物加工过程，2005，3(1)：58-62]存在催化剂价格昂贵，容易失活，反应时间长等缺点。用超临界非催化法存在反应温度与压力超过甲醇的临界温度与临界压力，生产工艺对设备要求高。一般负载型固体碱的合成要包括先用水溶解活性组分，然后进行浸渍，接着还要再过滤或者减压蒸掉水分这一烦琐的过程，既耗时耗能，也浪费了大量的原料。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种新型固体碱催化剂、同时将催化剂用于生物柴油的合成，其催化剂的制备简便易行，合成生物柴油产率高，催化剂用量小且可重复使用。

实现本发明目的的具体技术方案是：

一种新型固体碱催化剂，它是以氟化钾为活性组分，负载于载体后，经高温焙烧而得；具体作法是：将氟化钾配成质量分数为10～50％的水溶液，加入载体，载体与所述水溶液的质量比为1～12∶10，70℃下加热搅拌4h，于80℃旋蒸除去水分后，马弗炉中300～1000℃下焙烧5～10h，即得；所述载体为氧化铝、氧化钙、氧化镁、氧化锌、氧化锆、活性炭、分子筛、硅藻土、白土、硅胶或拟薄水铝石。

上述固体碱催化剂在生物柴油合成中的应用，其生物柴油采用酯交换法合成，具体步骤是：在备有电磁搅拌、温度计、回流冷凝管的三颈容器中加入油脂、低碳醇、固体碱催化剂进行加热回流搅拌1～3h；加热温度控制在50～110℃；将反应后的物料过滤，滤出催化剂及滤液，滤液进行分液，分出下层甘油，上层混合物中加入质量分数为5～10％的NaHCO₃溶液，其加入量为上层混合物质量的2～6倍，洗涤至中性，再用分液漏斗分出上层有机相，将有机相以无水MgSO₄干燥，过滤除去干燥剂，减压蒸馏，得到近浅黄色透明产品即为生物柴油。

所述加入油脂、低碳醇、固体碱催化剂的质量比为1∶0.1～0.5∶0.04～0.1。

所述油脂为植物油脂、动物脂肪或生产过程中的废油、地沟油；所述低碳醇为甲醇、乙醇、丙醇或丁醇。

本发明反应结束后，滤出的催化剂可重复使用，活性基本保持不变，反应产率仍可达93％以上。

本发明生物柴油合成的反应通式如下所示：

与背景技术相比，本发明的优点是：催化剂具有制备过程简单，能耗少等优点；催化剂对生物柴油合成具有的优点是：产率高；催化剂用量小，反应条件温和，反应时间短，催化剂可重复使用，没有环境污染，对原料要求低。

具体实施方式

以下将通过具体的实施例对本发明做进一步的阐述：

实施例1

第1步固体碱催化剂的制备

取质量分数为30％的氟化钾水溶液10g，加入8g氧化铝，70℃下搅拌4h后，于80℃旋蒸除去水分后，然后马弗炉中500℃下焙烧5h，即得。

第2步酯交换反应