[发明专利]一种用新型固体碱催化剂制备生物柴油的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种以地沟油为原料，以新型固体碱催化剂制备生物柴油的方法，属于绿色可再生能源技术领域。

背景技术

地沟油是质量和卫生条件极差，过氧化值、酸价、水分及各种有毒有害物质等严重超标的各种劣质油脂的总称。如果它作为食用油流入市场，将严重危害健康，故被政府明令禁止。但是与普通食用油相比，地沟油价格低廉，因此以其为原料生产生物柴油，具有极大的经济价值，被认为是生物柴油的理想原料。

生物柴油是指以动植物油脂等可再生生物资源为原料生产的长碳链脂肪酸甲酯，主要成分包括油酸甲酯、亚油酸甲酯、亚麻酸甲酯、棕榈酸甲酯、硬脂酸甲酯等。较传统燃料而言，它具有以下优点：可降解、可再生、无毒无害、环境友好；可直接用于柴油发动机且具有较好的低温发动机启动性能；基本无温室效应；闪点高，安全性能好；本地生产，易于运输等。

生物柴油主要用化学法生产，最常用的方法是在催化剂作用下，使甘油三酯与甲醇进行酯交换反应，生成脂肪酸甲酯。于政钦等（CN103571631A）公开了一种酸催化下利用地沟油制备生物柴油的方法，以5% H₂SO₄为催化剂，在70 ℃恒温加热4 h，经后续处理后得到浅黄色澄清产品，即生物柴油。此方法反应时间长，且产生大量酸性废水，不仅污染环境，还导致油脂皂化或碳化，影响产率。因此需寻找一种反应速度快、绿色环保的地沟油转化生物柴油的方法。

近年来，研究表明，固体碱催化剂具有良好的催化活性、易于分离、有较高的回收利用价值，是改进生物柴油制备技术的一大突破口。负载型固体碱催化剂一般以浸渍法制备，可分为沉淀、成熟、干燥、煅烧四个步骤，其催化活性受负载物与载体之间相互作用影响，不同的制备方法也影响碱位的生成和表面性质，最终影响催化活性。韩生等（CN103074163A）公开了一种固体碱催化剂催化制备生物柴油的方法，在精制地沟油与甲醇的质量比为100:16-20时，控制温度60 ℃，时间为5 h，进行催化反应，再经减压蒸馏2 h等操作得到生物柴油，产率为92.1%。此方法虽然利用KOH、NaOH等固体碱催化剂，确保了无污染性和无腐蚀性，但工艺复杂，耗时长，因此需进一步研究一种更为高效的固体碱催化法以简化工艺并提高效率。

微波是频率在300 MHz-300 GHz 的电磁波，由于其热量传递的均一性，微波加热又被称为无温度梯度的“体加热”。加热过程中存在特殊的热点和表面效应，导致催化剂表面能量分布不均匀，使某些点发热而体相温度不变，因此避免了载体骨架结构在高温下坍塌，使催化剂具备活性高、成本低、稳定性高等优点（Honglei Z, Jincheng D, Zengdian Z. Microwave assisted esterification of acidified oil from waste cooking oil by CERP/PES catalytic membrane for biodiesel production[J]. Bioresource technology,2012,123,72-77）。黄宝华等（CN101323791A）公开了一种用微波催化制备生物柴油的方法，在微波反应器中按比例加入原料油、甲酯和催化剂，反应时间11 min，反应温度65 ℃，产率高达93.8%。

发明内容

本发明的目的是提供一种产率较高、生产成本较低、绿色环保的利用地沟油生产生物柴油的方法。本发明通过下述方案实现：

首先，用碱炼法初步精制地沟油，使用NaOH等降低原料酸值，防止后续操作中的催化剂中毒，它的脱色作用也能提高生物柴油的品质；然后，结合湿式浸渍法与微波技术制备新型KCl/CaO负载型固体碱催化剂；最后，以精制后的地沟油为原料，使用新型KCl/CaO负载型固体碱催化剂，通过酯交换反应，进行生物柴油的制备。

所述的地沟油的精制是指：

第一步，称取一定量的地沟油加入三口烧瓶中，将其置于可控温反应器中，升温至75 -80℃，调节转速至60rpm。

第二步，称取油重10%的NaOH配置成4%溶液，逐滴滴加入三口烧瓶，加碱时间10 min，加碱后继续搅拌，以保证碱液分散度良好并反应充分。

第三步，将转速降至30 rpm，继续搅拌10 min并开始升温，使皂粒凝聚，当油皂明显分离易于沉降时，停止搅拌。

第四步，离心分离除皂（转速4000 rpm，持续15 min）。

第五步，取上层油脂，搅拌并加入85 -90 ℃盐水（油重10%），加入分液漏斗静置2 h。