[发明专利]复合固体碱CaO-Al2O3及催化废弃植物油制备生物柴油的方法

说明书

技术领域

本发明属于油脂化学和化工应用领域，涉及生物柴油制备领域，尤其涉及一种复合固体碱CaO-Al₂O₃及催化废弃植物油制备生物柴油的方法。

背景技术

近年来，世界石油资源的日趋枯竭和石油燃烧造成的空气污染促使人们寻找新的替代能源。生物柴油是以植物油脂、动物油脂、它们加工或使用后的废弃物以及微生物油脂为原料，与低碳醇进行酯交换反应得到的长链脂肪酸单烷基酯，其突出的环保性和可再生性引起世界各国的高度重视。美国、欧盟和日本已率先生产和使用生物柴油。

目前生物柴油尚未取代石化石油，原因在于其成本远高于石化石油。据统计，生物柴油的原料成本占生产总成本的70％～85％，因此，寻找价格低廉的原料成为降低生物柴油成本的首要问题。人多地少的基本国情决定了我国发展生物柴油，不能走“与农争地、与人争粮”的路子，废弃植物油因其回收价格较低(约为3800元/吨)，为一般植物油价格的二分之一，成为生物柴油原料主要来源之一。

生物柴油的制备方法有直接混合法、微乳法、高温热裂解法和酯交换法，其中酯交换法是生物柴油制备中最普遍采用的方法。根据催化剂不同，分为超临界流体技术法、酶催化法、酸催化酯交换法以及碱催化酯交换法。在超临界条件下，甲醇具有疏水性和较低介电常数，这时油脂可完全溶于甲醇形成单相体系，无需催化剂，后处理简便，反应时间为1h；但由于高温、高压的反应条件，对设备要求高，能耗较大。酶催化转酯化反应具有很多优势，反应时间为1h左右，但是脂肪酶价格昂贵，且易失活，阻碍了其用于生物柴油的工业化生产。采用均相酸催化还是碱催化法，反应时间一般为30min～60min，但都存在催化剂不容易与产物分离、产物中存在的酸、碱催化剂必须进行中和水洗，从而产生大量的污水，且酸碱催化剂不能重复使用，带来较高的催化剂成本以及酸碱催化剂腐蚀设备等问题。

为了解决催化剂与产物的分离问题，固体碱多相催化反应成为重要的研究方向。固体碱催化法具有设备简单、后处理简便、无环境污染等显著优势，现有技术中多数固体碱多相催化反应制生物柴油的反应时间超过1h，能够使反应时间缩短为1h之内的仅限SrO、SrO/MgO等少数几个体系，但无催化剂再生性能的研究。因此，高效且可再生固体碱催化剂仍然是急需解决的问题。

发明内容

针对目前利用固体碱多相催化制备生物柴油成本高、催化反应时间长而且催化剂不能重复利用的缺陷，本发明的目的在于提供了一种复合固体碱CaO-Al₂O₃及催化废弃植物油制备生物柴油的方法，本发明不仅提供了可高效转化废弃植物油的新型的复合固体碱催化剂，而且，在确定该催化剂的结构和形态以及废弃植物油纯化条件的基础上，优化了以废弃植物油为原料制备生物柴油的工艺条件，确定影响转化废弃植物油的关键因子，从而建立快速、低成本以废弃植物油制备生物柴油的方法。

为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：

本发明提供了一种复合固体碱CaO-Al₂O₃催化剂，所述催化剂中CaO与Al₂O₃的质量比优化为4.5∶1，所述催化剂呈多孔网状结构，比表面积为15.971m²·g^-1，孔隙率0.4311，孔体积0.045cm³·g^-1，孔径11.28nm，CaO与Al₂O₃键合生成新晶相Ca₁₂Al₁₄O₃₃。

所述新晶相Ca₁₂Al₁₄O₃₃的衍射峰为20.9°，23.3°，27.7°，29.3°，33.3°，34.9°，36.5°，38.2°，41.1°，46.5°，54.9°，56.1°，57.2°，60.5°和71.8°。