[发明专利]凹凸棒土负载氢氧化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氢氧化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

随着世界经济发展步伐的加快，人类对能源的依赖性越来越强，但作为全球经济发展的物质基础——化石能源（特别是石油能源）的储量却日益枯竭。据估算，全世界的石油稳定供给不会超过二十年，石油枯竭期仅有五十年。另外，随着世界现代化程度不断提高，汽车占有率日益增高，对柴油的需求量日趋增大，这也大大促进了世界各国加快柴油替代燃料的开发步伐。生物质能源就是通过能源转换技术，将常见的生物质转化为能源并加以利用，可以为人类提供大量的替代或补充能源，其中又以生物柴油、生物乙醇、生物甲烷等最为常见。 

生物柴油（Biodiesel）是利用大豆油、菜籽油、棕榈油以及餐饮废油等可再生动植物油脂通过与甲醇或乙醇等低碳醇的酯交换反应制取的一种新型清洁含氧可再生的生物质燃料。按化学成分分析，生物柴油燃料属于脂肪酸烷烃单酯（Fatty Acid Alkyl Ester），并且多为脂肪酸甲酯（Fatty Acid Methyl Ester），主要包括由软脂酸、硬脂酸、油酸、亚油酸等长链饱和与不饱和脂肪酸同甲醇或乙醇等低碳醇所形成的酯类化合物。生物柴油作为环境友好型燃料与传统的石化柴油相比，具有可再生、易于生物降解、燃烧排放的污染物低、基本无温室效应等显著优点，具有深远的经济效益与社会效益，其环保性、可再生性备受世界各国的关注。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。 

目前生物柴油主要是用化学法生产，即用动植物油脂和甲醇或乙醇等低碳醇在酸或碱性催化剂存在下进行酯交换反应，生成相应的脂肪酸甲酯或乙酯，再经洗涤、干燥制得粗品，经减压蒸馏等精制步骤得到纯品生物柴油的过程。在传统化学法中所用的催化剂多为均相催化剂，如浓H₂SO₄、NaOH、KOH、KCN、金属醇钠等，其中又以强酸或强碱最为常见。然而这些均相催化剂主要存在的普遍缺点是对设备的腐蚀性大、后处理复杂、造成大量“三废”污染环境，经济成本高。 

西北农林科技大学，2010，6，王栩博士学位论文研究了以浸渍法制备煤灰分负载NaOH制备催化剂NaOH/粉煤灰，并对催化棉籽油的工艺进行了优化。结果表明最佳反应温度为70℃，最佳反应时间为80min，催化剂用量为油质量的1.2%，在此条件下酯交换转化率可达98.75%左右。但此催化反应，反应温度较高，不利于节约成本。 

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。 

河南大学，2012，5，张卫东硕士学位论文研究了采用高温活化的氧化钙作为催化剂，将其用于催化菜籽油制备生物柴油，并对酯交换反应工艺进行了优化。得到最佳工艺条件为：醇油摩尔比为10:1，催化剂用量为原料菜籽油质量的1%，反应温度为60℃，反应时间为3h。在该条件下氧化钙催化菜籽油制备生物柴油的甘油收率可达83.5%。但此催化剂煅烧温度要求较高，产率也不是很高。 

石油炼制与化工，2012，9（43），14-16，采用浸渍法制备Na₂SiO₃/Al₂O₃负载型固体碱催化剂, 以餐饮废油和甲醇为原料合成生物柴油脂肪酸甲酯，考察原料配比、催化剂用量、反应时间等因素对反应过程的影响，确定最佳反应工艺条件为：醇油摩尔比7.0、Na₂SiO₃/Al₂O₃催化剂用量为餐饮废油和甲醇总质量的9.0%、反应时间4h、沸腾状态，在该条件下餐饮废油的平均转化率达到95.3％，但重复使用性能有待进一步研究。