[发明专利]双子离子液体催化剂制备生物柴油的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种双功能化双子离子液体催化酯化反应的方法，详细地说，涉及一种清洁生产生物柴油的方法。

背景技术

石油资源的日益减少导致能源紧张和石油价格的飙升，使人们越来越关注石油燃料的替代品，利用可再生资源开发生物柴油是近年来备受关注的石油能源替代品，对于缓解全球能源短缺和减少环境污染具有重要意义。目前，国外主要以菜籽油或大豆油为原料由酯交换法生产生物柴油。由于中国人口多，耕地相对稀缺，由菜籽油和大豆油等食用油脂生产生物柴油成本太高，不符合中国国情。 因此，原料来源成为制约生物柴油在中国推广的主要瓶颈。因此，有关人士正积极开展降低生产成本的研究工作，所以寻求新的可以降低生物柴油生产成本的工艺路线成为今年的研究热点。

离子液体具有其他传统催化剂所不具备的优点，它同时拥有液体酸的高密度反应活性位和固体酸的不挥发性，酸性可以超过固体超强酸且可以根据需要进行调节，催化剂和产物容易分离，因此在生物柴油的制备中备受关注，但近年来研究多将离子液体用于高酸价油脂的预酯化处理，仍存在操作复杂、后处理工艺长等问题。本项目创新性的提出将长链功能化双子B酸离子液体用于催化非食用油脂一步法制备生物柴油。该类型离子液体由可调碳链长度酸性基团的阳离子及具有催化功能的阴离子组成，可调的阳离子碳链长度起到有机相中增溶作用，在“微反应器”中高效实现多相体系中的催化反应；因此，可利用其酸性和表面活性促进酯化反应连续进行。因此，酸功能化双子离子液体能够代替常规酸催化剂，具有极大的应用潜力，为促进生物柴油在国内推广奠定基础。

发明内容

本发明的目的是提供一种双子离子液体催化制备生物柴油的方法，以克服公知技术中存在的缺陷。

为实现上述目的，本发明提供的双子离子液体催化制备生物柴油的方法，其步骤为：

A）将酸功能化双子离子液体作为反应的催化剂，催化脂肪酸与短链醇在40-80℃下反应3-6小时；

所述的反应物为脂肪酸和短链醇，其中脂肪酸与短链醇摩尔比为1:1至1:4；

所述酸功能化双子离子液体质量与反应物总质量比为1:20至20:1。

B）将步骤A制得的反应液冷却至室温，重力沉降，产物与酸功能化双子离子液体作分层，并将上层液体减压脱除短链醇，得到产物。

其中，所述的酸功能化双子离子液体为磺酸基功能化双子烷基胺盐阳离子与无机或有机阴离子构成的盐。

所述的方法，其中，述的阳离子为磺酸基功能化双子烷基胺盐阳离子，其结构通式如下所示，

其中，m=1,2，n=1～5，R为C₄～C₁₈。

所述的方法中，其中，所述的阴离子为氯、溴、碘、硫酸根、硫酸氢根、硝酸根、磷酸二氢根、四氟硼酸根、六氟磷酸根、乙酸根、甲磺酸根、对甲苯磺酸根、三氟甲磺酸根或三氟乙酸根负离子。

所述的方法，其中，步骤B中分离出的酸功能化双子离子液体重复用于反应。

所述的方法，其中，步骤A中脂肪酸为高级脂肪酸；醇类为甲醇、乙醇或丙醇。

与背景技术相比，本发明具有以下优点：

1．反应原料广泛，为一系列脂肪酸。

2．反应条件温和，操作简便。

3．反应过程为一相反应，反应完毕，反应产物相与催化剂相不互溶而自动分层，是分离过程简单容易。

4．催化剂为酸性功能化双子离子液体，结构可调、性能稳定、酸性无流失、可循环使用且催化剂活性高；合成方便，原子经济好。

5．克服背景技术中存在的催化剂液体在反应结束后不能循环使用，且污染环境的问题。

6．属环境友好工艺路线。

具体实施方式

本发明提供的双子离子液体催化制备生物柴油的方法，是将酸性功能化双子离子液体用于催化脂肪酸进行酯化反应，为生物柴油的制备提供了一条环境友好的工艺路线。

本发明使用的酸功能双子离子液体，是磺酸基功能化双子烷基胺盐阳离子，其结构通式如下所示，其中，m=1,2，n=1～5，R为C₄～C₁₈。

 

构成酸功能化双子离子液体的阴离子为氯、溴、碘、硫酸根、硫酸氢根、硝酸根、磷酸二氢根、四氟硼酸根、六氟磷酸根、乙酸根、甲磺酸根、对甲苯磺酸根、三氟甲磺酸根或三氟乙酸根等负离子。

本发明使用的酸功能化双子离子液体可以通过以下方法制得：