[发明专利]合成生物柴油所用磁性固体碱催化剂的制备方法及其应用

说明书

技术领域：

本发明属于环境催化和能源技术领域，具体涉及一种用于合成生物柴油所用的磁性固体碱催化剂的制备方法。

背景技术：

随着全球能源需求逐年剧增，以及石油价格不断上升和化石资源的日益枯竭，开发新柴油能源已经成为许多国家面临的主要问题之一。生物柴油作为一种绿色、安全和可再生的替代型能源，对于保障世界经济较快发展和减轻燃料化工能源对地球环境污染具有十分重要的意义。因此，近年来有关生物柴油的研发课题受到了人们的广泛关注。

现阶段生物柴油的制备方法主要为化学法，即在酸或碱催化下以植物油与甲醇或乙醇进行酯交换生成相应的脂肪酸甲酯或乙酯。反应体系分为均相催化体系和非均相催化体系。目前，对于均相催化反应体系来说，催化效率虽然较高，但其缺点也很突出，尤其表现为：反应后续处理较为复杂，催化剂与反应体系分离困难，难以回收再利用，容易产生大量废酸或废碱，存在一定的环境污染，而且对处理用的设备腐蚀严重。

非均相催化反应体系主要是指在固体催化剂作用下所发生的酯交换反应，在很多方面具有均相催化剂所不具备的优点。固体非均相催化剂包括固体酸催化剂和固体碱催化剂，现有的研究结果表明固体酸催化剂在酯交换反应中虽然具有一定活性，但反应需要在较高温度和压力下才能进行。相比而言，固体碱催化剂具有催化活性高，反应时间短以及成本低等优点。因此，制备高活性、易分离的固体碱催化剂成为近年来制备生物柴油的主要研究趋势。

目前，文献报道较多的固体碱催化剂主要涉及碱或碱土金属氧化物，复合金属氧化物，以及负载型碱金属氧化物或氢氧化物。如中国专利200610053324.7和200910100264.3描述了一种以稀土氧化物为载体负载KF，或以掺杂氧化锆的稀土金属氧化物为载体负载KF的固体碱催化剂。

中国专利200910175274.3公开了一种以含镁工业废渣为原料，通过复杂的处理工艺，获得性能较好的固体碱催化剂制备方法。

中国专利200910195816.3提供了一种碱土金属甘油化物固体碱催化剂，酯交换反应结果表明该催化剂具有优良的催化效果。

中国专利201010162301.6描述了一种由硅酸盐与金属氧化物粉末混合，烘干，破碎，研磨而成为固体碱催化剂。

中国专利200910045652.6描述了一种用于合成生物柴油的壳核结构型纳米固体碱催化剂制备方法。

中国专利200910026830.0公开了由金属硝酸盐，金属氧化物和卤化铵制备的固体碱催化剂。

中国专利200810194550.6，CN1821195A，CN101138737A和CN101148396A以及美国专利US7357983B2则提供了一种掺杂型介孔分子筛固体碱催化剂的制备方法。

中国专利公开号CN101033406A“一种硅酸盐催化制备生物柴油的方法”；以及CN1962824A“用于生物柴油的负载固体碱催化剂的制备方法”；公开号CN101205473A“煅烧硅酸钠催化剂制备生物柴油”；公开号CN101130700A“一种新型固体碱催化剂制备生物柴油的方法”；公开号CN101559359A“用于酯交换法制备生物柴油的固体碱催化剂及其制备方法”；

上述专利或文献报道的固体碱催化剂在制备生物柴油的催化反应中具有反应条件温和，活性好，以及收率高等特点，但同时表现出对酸和对水极其敏感，催化剂稳定性差，以及在使用过程中活性组分易流失等缺点；负载型固体碱催化剂制备工艺繁杂，耗时耗能，成本昂贵。因此，该类催化剂多数处于研制阶段，全面推广还有一定难度。所以寻求高活性，高稳定性，易回收，成本低，制备工艺简单的固体碱催化剂仍是今后生物柴油领域的主要研究方向。

针对上述问题，人们相继又开发出一系列具有磁性特点的新型固体碱催化剂。中国专利CN1470323A采用液-液反应途径制备出磁性纳米固体碱催化剂。包括纳米磁粉制备，磁性前体制备和磁性催化剂制备所必须的三个过程，且工艺条件苛刻，制备周期较长。

中国专利CN101157037A描述了一种把磁性物质与碱金属或碱土金属氧化物，氢氧化物或盐按一定比例充分混合，并加入粘结剂，经过高温焙烧后得到固体碱催化剂。制备工艺较为复杂，显然不利于工业化生成。

发明内容：

本发明针对上述问题，提供了一种用于制备生物柴油的磁性固体碱催化剂，具体方案如下：