[发明专利]一种合成生物柴油碱性离子液体修饰磁性纳米颗粒催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及合成生物柴油碱性离子液体修饰磁性纳米颗粒催化剂的制备及应用，属于催化合成生物柴油技术领域。

背景技术

随着对环境保护的重视和石油资源的紧缺，生物柴油技术迅速成为全球新能源开发的热点。生物柴油是一种新型的无污染的可再生能源，其燃烧性能可与传统的石化柴油媲美，燃烧排放出的尾气中有害物质比传统石化柴油降低50％。因此，生物柴油的研究和应用引起世界各国的广泛关注。

碱性离子液体作为一种新型的环境友好溶剂和液体催化剂，它同时拥有液体催化剂的高密度反应活性位和固体催化剂的不挥发性，其结构和碱性具有可调性，是真正意义上可设计的绿色溶剂和催化剂。然而大多数碱性离子液体反应之后难以与产物分离，制约其催化制备生物柴油的工业化进程。

磁性纳米材料作为一种新型催化剂，既具有均相催化剂的高活性，又避免了非均相催化过程中的扩散限制，同时赋予了催化剂独特的磁分离特性，简化了操作流程，降低了操作成本，目前引起人们广泛关注。

为了解决上述问题，本发明提供一种碱性离子液体修饰磁性纳米颗粒催化剂制备生物柴油，符合绿色化学的要求，有着诱人的工业化前景。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种合成生物柴油碱性离子液体修饰磁性纳米颗粒催化剂及其制备方法。以该方法所制得的催化剂具有活性高和独特的磁分离特性。

本发明通过下述技术方案加以实现的，一种合成生物柴油碱性离子液体修饰磁性纳米颗粒催化剂，所述的是脂肪酸甘油酯酯交换合成生物柴油，合成生物柴油离子液体固载催化剂的制备方法，其特征在于包括以下过程：

(1)碱性离子液体的制备：在反应釜中，将等摩尔量的N-甲基咪唑和氯丙基三乙氧基硅烷加入到10～50mL甲苯溶剂中，在40～85℃搅拌回流4～24h直至分层，用10～60mL乙酸乙酯洗涤三次，分液取下层液体，真空干燥，得到纯[Smim]Cl。将[Smim]Cl和KOH等摩尔量加入10～50mL无水二氯甲烷中，室温下搅拌5～24h，过滤，旋转蒸发除去溶剂，用10～60mL乙醚洗涤三次，80～110℃下真空干燥8～24h，得到碱性离子液体[Smim]OH。

(2)磁性纳米颗粒的制备：将0.1～0.3mol/L的铁盐与0.1～0.3mol/L的亚铁盐的混合液，在30～50℃温度下与25wt％的氨水混合搅拌20min，其中铁盐、亚铁盐和氨水的体积比为200～600∶200～600∶50～120，再升温至60℃搅拌10min，然后采用磁性分离、去离子水洗涤，80～110℃下真空干燥8～24h制得磁性Fe₃O₄纳米颗粒。

(3)碱性离子液体修饰磁性纳米颗粒催化剂：将上述得到的磁性Fe₃O₄纳米颗粒0.1～0.3mol均匀分散到20～40mL的无水甲苯中，加入一定量的[Smim]OH(与磁性Fe₃O₄纳米颗粒摩尔比为0.04∶1～0.20∶1)，80～100℃搅拌回流12～24h，二氯甲烷抽提16～28h，80～100℃下真空干燥24h，得到碱性离子液体修饰磁性纳米颗粒催化剂[Smim]OH/Fe₃O₄。

上述合成碱性离子液体的组分为N-甲基咪唑、三乙胺(TEA)、三正丙胺(TPA)或三正丁胺(TBA)。

上述合成碱性离子液体的阴离子为OH^-和咪唑阴离子。

上述制得碱性离子液体修饰磁性纳米颗粒催化剂用于合成生物柴油的方法，其特征在于包括以下过程：

(1)将油脂和醇类物质按照油醇摩尔比1∶5～25加入反应器中，再加入质量为反应物总质量的1～10％的碱性离子液体修饰磁性纳米颗粒催化剂，在反应温度为50℃～200℃，压力为常压～0.5Mpa，搅拌速率为60～400rpm条件下，反应时间为1h～20h，得到含有生物柴油的混合物。

(2)对步骤(1)混合物进行过滤，滤出的固体催化剂继续循环使用；滤液经静置分层，得到生物柴油和粗甘油，经减压蒸馏分离甲醇并可循环使用。

上述的合成工艺，其特征在于，油脂是脂肪酸甘油酯的动物油、植物油、微藻植物油脂和回收的废弃油中的任何一种，醇类物质为甲醇、乙醇、丙醇和丁醇中的一种。

本发明的优点在于，催化剂具有活性高和独特的磁分离特性，可望成为极具竞争力的清洁工艺路线。

下面通过具体实施例来对本发明加以进一步说明，但不限制本发明。

具体实施方式