[发明专利]一种咪唑阴离子型碱性离子液体催化制备生物柴油的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种咪唑阴离子型碱性离子液体催化制备生物柴油的方法，属于绿色环保新能源生产技术领域。

背景技术

随着全球性能源短缺与环境恶化的日益严重，控制汽车尾气排放，保护人类赖以生存的自然环境成为目前人类急需解决的问题。从环境保护和资源战略的角度出发，积极探索发展替代燃料及可再生能源势在必行，生物柴油就是其中一种。对于生物柴油的合成，开发高效催化剂至关重要。国内外生物柴油生产过程中，还是以传统碱(KOH或NaOH)催化酯交换为主，反应条件温和，反应时间短，但这种传统强碱腐蚀设备、难以回收再利用及对环境造成严重的危害。对于传统碱催化剂所带来的各种问题，离子液体因其绿色环保、稳定性好、易重复利用等特性引起人们的关注。

随着对离子液体研究的不断深入，有学者在离子液体的阴、阳离子中引入含有碱性的特定官能团，可合成碱性离子液体，作为催化剂广泛应用于各类催化反应。2006年，贝尔法斯特女王大学公布了关于碱性离子液体作为化学催化剂的专利(WO 2006072775)。2011年，张锁江报道了碱性离子液体的制备及应用于酸性气体CO₂、SO₂的吸收，吸附和脱附效果良好(CN 102126968A)。对于碱性液体作为催化剂催化制备生物柴油也有研究：张爱华等(AppliedChemicalIndustry，2009，38(2)：167～170)合成了新型碱性离子液体[Bmim]OH，将其应用于催化蓖麻油制备生物柴油，经条件优化，最高产率可达95％以上；2012年，王海军公开发明了一种新型双核碱性离子液体催化制备生物柴油的方法(CN 102492559A)。上述报道的碱性离子液体都属于OH^-型阴离子的离子液体。陈学伟等(Chinese Joumal of Catalysis，2008，29(10)：957～959)等在合成一种咪唑阴离子型碱性离子液体[bmim]Im及催化Knoevenagel缩合反应时指出：咪唑阴离子型碱性离子液体热稳定性优于OH^-型阴离子碱性离子液体。在这里，将咪唑阴离子型碱性离子液体作为催化剂用于制备生物柴油尚属首次。

发明内容

本发明的目的在于提供一种咪唑阴离子型碱性离子液体催化制备生物柴油的方法，以该方法合成生物柴油具有催化活性高，工艺简单，能耗低，催化剂热稳定性好、腐蚀性小、易回收再利用等特点。

本发明通过下述技术方案加以实现的，以胆碱咪唑盐、N-三乙基-N-丁基铵咪唑盐、1-丁基-3-甲基咪唑咪唑盐、双-(3-甲基-1-咪唑)亚丁基双咪唑盐为催化剂，催化剂用量1～5％，反应时间0.5h～5h，醇油摩尔比4∶1～14∶1，反应温度常压下30～65℃。

上述咪唑阴离子型碱性离子液体催化剂的结构式如下所示：

除非另有说明，本发明所采用的百分数均为质量百分数。

所述的方法，过量甲醇的回收方式为真空蒸馏，催化剂和甘油的回收方式为溶液萃取。

所述的方法，酯交换过程为水浴加热，迅速终止反应方法为冰浴冷却。

本发明具有如下优点和积极效果：1、本发明采用的咪唑阴离子型碱性离子液体具有较高的热稳定性、低的腐蚀性、可容易的实现再回收利用；2、该类催化剂催化制备生物柴油的活性高，酯交换工艺及催化剂、甘油回收工艺简单，能耗低。

具体实施方式

根据相关离子液体的合成方法，制备和纯化提及到的咪唑阴离子型碱性离子液体催化剂。

准确称取10g(精确到小数点后两位)精制大豆油放入100mL的三口圆底烧瓶中预热至一定温度，再将一定量咪唑阴离子型碱性离子液体催化剂、一定量甲醇的混合溶液加入瓶中，在磁力搅拌作用下水浴加热回流反应一段时间后，采用冰浴迅速冷却至室温，将反应液转入分液漏斗静置分层，上层相生物柴油(脂肪酸甲酯)和微量甲醇，经真空蒸馏回收甲醇，再采用气相色谱进行产率分析；下层相甘油、催化剂、过量甲醇，经真空蒸馏回收甲醇，再采用萃取技术分别回收催化剂和甘油。

【实施例1】

以胆碱咪唑盐为催化剂，催化剂用量3％，反应时间3h，醇油摩尔比6∶1，反应温度常压下55℃。其生物柴油的产率达95.0％。

【实施例2】

以N-三乙基-N-丁基铵咪唑盐为催化剂，催化剂用量3％，反应时间3h，醇油摩尔比6∶1，反应温度常压下55℃。其生物柴油的产率达81.7％。

【实施例3】