[发明专利]凹凸棒土负载碳酸钾的非均相催化剂及其制备方法和在生物柴油催化合成中的应用

说明书

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，涉及非均相催化剂，尤其涉及一种凹凸棒土负载碳酸钾的非均相催化剂及其制备方法和在生物柴油催化合成中的应用。 

背景技术

当今世界的传统能源需求主要来自于石油，煤炭以及天然气，造成了目前人类将同时面临传统能源的日益枯竭和环境恶化这两大难题。因此世界各国的能源研究人员都在积极探索、发展新能源及可再生能源。生物柴油就是其中之一，作为环境友好型燃料，其环保性、可再生性备受世界各国的关注，具有深远的经济效益与社会效益。大力发展生物柴油对经济可持续发展，推进能源替代，减轻环境压力，控制城市大气污染具有重要的战略意义。 

生物柴油是以动植物油脂或高酸值废弃油脂等为原料与甲醇经酯交换反应制得的脂肪酸甲酯，它是清洁的绿色可再生能源。传统的生物柴油生产工艺是利用均相的酸、碱催化剂（NaOH或者HCl的甲醇或者乙醇溶液，具有腐蚀性）催化酯交换反应制备的。但均相酸、碱催化剂不易与产物分离, 产物中存在的催化剂必须在反应后进行中和、水洗, 从而产生大量工业废水, 且催化剂不能重复使用, 使生产成本提高, 反应转化率低。因此，近年来，开发新型的环境友好型固体非均相催化剂来替代传统催化剂成为了研究热点。此外，由于碱性催化剂较之酸性的具有更高的催化活性，更高的反应速度以及较低的反应温度，受到研究人员的青睐。 

Applied Catalysis B: Environmental，2011 (106)，550-558，报导了以浸渍法制备了煤渣负载K₂CO₃的固体碱催化剂，用于催化桐油制备生物柴油。研究发现，在K₂CO₃溶液浓度为0.5gml^-1、醇油摩尔比为12:1、催化剂用量为17.4%、反应时间为1h的优化工艺条件下,产率可达99.5%。但是在重复性实验中发现，由于钾的流失，在多次重复使用后，催化效果有所下降。 

应用化学，2011，3（28）, 265-270，报导了采用溶胶凝胶法制备CaO-ZrO₂系列纳米催化剂，将其用于催化红麻籽油制备生物柴油，通过一系列的测试技术表征。结果表明，CaO与ZrO₂形成良好的固熔体，粒径在10~20nm。催化实验表明，CaO-ZrO₂具有良好的催化活性，在最优的催化条件下，产率可达到93.2%。 

Fuel，2008 (87)，1076-1082，报导了以钙和甲醇反应制备的Ca(OH)₂作为固体碱催化剂催化大豆油制备生物柴油，并对反应工艺进行了优化。结果表明：最佳反应条件是反应温度65℃，反应时间2h，n(甲醇) : n(大豆油) = 1:1，催化剂用量为大豆油质量的3%，在此条件下酯交换转化率可达98%以上。但此催化剂制备方法较复杂，成本较高。 

生物加工过程，2010，6（8），10-13，采用浸渍法制备K₂CO₃ /γ-A l₂O₃负载型固体碱催化剂, 用X线衍射( XRD)和热质量分析法( DSC-TGA )表征催化剂的物化性质, 考察催化剂在棕榈油和甲醇酯交换制备生物柴油中的反应性能。结果表明: 活性组分已成功负载到载体γ-Al₂O₃上, 且在高温焙烧过程中K₂CO₃和γ-Al₂O₃之间产生了相互作用; 在K₂CO₃负载量22. 6%、醇油摩尔比12:1、反应时间3 h、催化剂质量分数3%、反应温度65 ℃的条件下, 甲酯产率最高可达91. 60%，但重复使用性能有待进一步研究。 

Fuel，2013 (104)，698-03，报道了以铝酸钠和氢氧化钙反应得到六水合铝酸三钙，然后将其在1000℃煅烧制得铝酸三钙作为固体碱催化剂，考察了其在催化大豆油和甲醇酯化反应中的催化活性, 结果表明：该催化剂对大豆油酯交换反应具有一定的催化活性, 产物与催化剂易分离。当催化剂的用量为大豆油质量的6%、甲醇与大豆油物质的量比为15:1、反应温度65℃、反应时间3h, 酯交换反应的转化率可达到90%以上，并可重复使用7次, 仍有较高的催化活性。但是此催化剂的制备过程要求较高，不利于降低生产成本。