[发明专利]超顺磁介孔固体碱生物柴油催化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于介孔催化剂领域，涉及一类新型的生产生物柴油的绿色、高效、可循环使用及磁分离的超顺磁介孔固体碱催化剂及其合成方法和应用。具体地说，本发明涉及超顺磁介孔KF/xMgO·MgFe₂O₄固体碱及其合成方法与应用。

背景技术

随着社会的发展，人类对能源的需求量越来越大，与此同时非再生的化石能源的不断使用，使得人类面临的能源缺口正变得越来越大，此外还造成了许多的环境污染问题，诸如温室效应、酸雨、光化学烟雾等。能源与环境已成为制约社会发展的关键问题，因此发展清洁、可再生能源非常必要。正是在这一背景下，生物柴油的概念提出来了。生物柴油是指以可再生的动植物油脂为原料所得到的液体燃料。作为一种新型的燃料，与石化柴油相比生物柴油具有很多优点：十六烷值高，能降解、污染小、可再生、可减小温室效应、闪点高－使用安全、十六烷值高－良好的燃烧性能等。

目前国际上生产生物柴油的主要方法是酯交换法。用于酯交换反应的催化剂有均相催化剂、异相催化剂和生物酶催化剂。均相催化剂可使甘油三酯转化率高，但存在后处理复杂，产物分离难和有废液排放等问题；以酶作催化剂，反应条件温和，醇油比较低，但是酶价格昂贵，催化对象单一，寿命较短，反应时间长。因此现在人们把目光投到异相催化剂（固体酸、固体碱）的研究上。其中固体碱因具有相对高的活性研究的更多。但是其活性物种易流失；循环性能较差；相比于均相碱，在温和条件下活性低，为得到高的生物柴油产率需要高的醇油比、催化剂用量、长的反应时间(Energy Fuels,2008,22,207;Appl.Catal.,A,2009,366,154)。因此发展更高活性的、可循环使用的及活性物种流失少的固体碱是迫切需要的。

金属氧化物尤其是碱土金属氧化物因其适宜的碱性，引起广泛的关注（Energy Fuels,2008,22,145;Fuel,2008,87,216;Green Chem.,2008,10,373;Korean J.Chem.Eng.2008,25,998），其活性顺序BaO>SrO>CaO>MgO（Energy Fuels,2009,23,4619）。很多研究通过往MgO中引入其他物种如Sr(Chemical Engineering Journal,2010,162,58),Li(Energy Sources Part a-Recovery Utilization and Environmental Effects,2013,35,184),Ca(Chemical Engineering Journal,2011,178,342),KOH(Renewable Energy,2011,36,2253)等来提高其活性。然而由此得到的催化剂至少含有上述常规固体碱所具有的缺点（活性物种易流失、活性较低及循环实用性能差）中的一个。KF是一个很好的用于提升固体碱性能的掺杂剂(Energy & Fuels,2010,24,646;Energy & Fuels,2008,22,3531;Catalysis Science & Technology,2011,1,1072;RSC Adv.2012,2,12337;Applied Catalysis B:Environmental,2010,99,111;Journal of Catalysis,2004,221,483)。然而文献报道的方法合成的KF/MgO要么对制备生物柴油的酯交换反应具有差的催化性能(Korean Journal of Chemical Engineering,2008,25,998)，要么需通过高负载量的KF（KF/MgO的质量比为70%）以获得高的生物柴油产率(Renewable Energy,2009,34,2215)，而且催化剂与产物的分离略显繁琐，需要通过离心或者过滤。

迄今为止，本领域尚未开发出能够解决当前生产生物柴油的催化剂所存在的问题的，新型的生产生物柴油的绿色、高效、可循环使用及磁分离的介孔固体碱催化剂。

发明内容