[发明专利]一种合成生物柴油的固体碱催化剂及制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种合成生物柴油的固体碱催化剂及制备方法和应用。

背景技术

生物柴油是一种可以代替普通柴油使用的环保型可再生燃料。具有可再生、可降解、无毒、高闪点、高十六烷值、对环境友好等优点。它的推广使用将为日益枯竭的化石原料提供一种理想的替代品，并能有效地减少温室气体的排放。

目前，生物柴油大都采用均相酯交换反应来制备，虽然催化效率很高，但存在着催化剂与产物分离困难，产生大量的废酸、碱液污染环境等难题。而采用固体催化剂替代均相催化剂，使得产品与催化剂分离容易，避免了大量废液的排放，有效防止了环境污染。同时固体催化剂具有易活化再生，便于连续操作的特点。固体酸、固体碱皆可有效的催化合成生物柴油。其中固体酸催化酯交换生产生物柴油，虽然容易使催化剂与产物分离，但存在着催化剂活性偏低，反应速率慢等问题。与固体酸相比，固体碱催化剂具有催化活性高、反应时间短、成本低等优点。目前研究较多的固体碱催化剂有水滑石及水滑石负载的氟化钾、KF/Al₂O₃、碱金属或碱土金属的氧化物、稀土金属氧化物以及碱性阴离子交换树脂等，但这些催化剂的制备过程比较复杂，成本昂贵，强度较差。其中含碱金属的固体碱催化剂在使用过程中易造成碱金属活性组分的流失，污染产品；负载型催化剂要经过载体的制备、浸渍等繁琐过程，既耗时耗能，也浪费了大量原料。

发明内容：

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种固体碱催化剂及制备方法和应用。

本发明合成生物柴油催化剂的通式为N_y/M²⁺_1-x(M³⁺)_xO_2+x-y/2；N为卤素阴离子，M²⁺为二价金属阳离子，M³⁺为三价金属阳离子，x、y分别在0.25-0.45和0.05-0.3之间。

本发明催化剂的制法包括如下步骤：

(1)配制一定浓度的二价金属硝酸盐化合物，在其中加入一定量的三价金属氧化物，控制二价金属与三价金属的摩尔比在2.0-5.0左右。

(2)将一定量的卤化铵和氢氧化物配成一定浓度的碱液。将该碱液与步骤(1)的溶液混合后充分搅拌，温度控制在60-100℃老化处理8-96小时，过滤或离心脱水，用水洗至中性，60-100℃烘干，所得产物为固体碱催化剂的前驱体。

(3)将步骤(2)的前驱体在N₂中煅烧2-12小时，温度控制在200-1000℃之间，便可得催化剂。

所述的二价金属可以是钙、钡、镁、锌、铁、铜、镍的一种或几种，三价金属可以是铝、铬、铁、钴一种或几种。

所述的卤化铵可以是氟化胺、氯化铵、溴化铵、碘化铵的一种或几种；

所述的氢氧化物可以是氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾的一种或几种。

本发明的催化剂用于合成生物柴油，方法是将将油脂和低碳醇以3-9∶1的比例，及用量为反应物总重量的0.3-3％催化剂一起放入装有回流装置的三口烧瓶中，在搅拌的情况下，升温至30-120℃，反应1-6小时。分离出本发明的固体碱催化剂，静止分层，上层为生物柴油和未反应的醇，下层为甘油，上层通过减压蒸馏，分离并回收醇；即得到生物柴油。

所述的油脂可以是植物油脂、动物油脂、废弃油、地沟油中的任何一种。

所述的低碳醇可以是甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、叔丁醇中的任何一种。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)催化剂载体和活性组分一步法直接合成，制备方法简单，易操作，催化剂成本低，不对环境造成污染。

(2)在生物柴油合成反应中，反应条件温和，生物柴油产率高。

(3)该碱催化剂不易受水和CO₂的污染，重复使用性能良好。

具体实施方式：

实施例1：