[发明专利]纳米纤维复合膜反应器

说明书

本发明涉及一种纳米纤维复合膜反应器，由以下步骤制备而成：将聚合物、固体酸和无机纳米粒子溶于溶剂中制成纺丝液，通过静电纺丝，将纳米纤维丝纺在非织造布基膜上，得到纳米纤维复合膜，然后将其填装于内外双圆筒形模具中，即得纳米纤维复合膜反应器。本发明在保证纳米纤维高催化活性的同时，由于纳米纤维复合膜有基膜非织造布的支撑，强度较好，减少了反应物冲击对膜的损失。而且本发明纳米纤维复合膜反应器可以连续化生产生物柴油，其纳米纤维复合膜还可以重复使用，极大地提高了固体酸的利用率，并降低了生产成本。

技术领域

本发明属于催化剂制备技术领域，具体涉及一种纳米纤维复合膜反应器，主要用于有机羧酸酯以及生物柴油的酯化催化。

背景技术

随着石油、柴油的大量使用，一些随之而来的问题也越来越引起了人们的关注，比如，石油、柴油燃烧后所排出的大量有害气体会严重污染人类的生存环境，同时也严重地危害了人们的身体健康。生物柴油以其优良的环保和可再生性能，己经成为世界各国研究的热点，受到越来越多人的重视，近十几年来发展迅速。生物柴油是由甘油三酸酯和游离脂肪酸分别同低分子量的醇进行酯交换和酯化反应制得的脂肪酸烷基单酯，具有独特的环保优势，并且它本身具有无毒、可生物降解和低排放量等优点，是一种柴油替代燃料。

但是目前在生物柴油基础研究和工业生产中还存在很多问题，诸如催化剂效率低下、催化剂容易遇水失活以及催化工艺落后等。传统的强酸、碱均相催化技术的后续分离工艺复杂，设备腐蚀严重，并会产生大量的废酸和废碱液体，造成巨大的经济损失和严重的环境污染，同时难以实现连续化生产。而固体催化剂，如固体酸（碱）、杂多酸、无机负载型催化剂及其阳（阴）离子交换树脂等虽然对设备腐蚀性小、环境污染小且易分离，但是这些催化剂难以与固定相负载、易流失，导致使用寿命缩短，甚至出现污染产品的情况。因此，开发新型高效、绿色催化剂及改进工艺是目前唯一选择，而催化工艺的改进依赖于新型催化反应器的研究和开发。

中国专利文献CN101045688报道了一种新型的酯化反应装置，即采用多孔膜透过的方式将乳酸加入到含有醇和催化剂的反应体系中反应，再结合渗透汽化膜及时移除反应体系中的水，在所给定的条件下乳酸甲酯的产率达到96%以上，但是催化剂直接加入到反应体系中，不仅容易导致催化剂难以重复利用，甚至还会出现污染产品等问题。中国专利文献CN101235351A报道了一种固定化酶膜反应器及其制备和用其生产生物柴油的方法，其是将超细纤维复合膜表面固定脂肪酶制备酶反应器，然后将动植物油脂混合溶液和甲醇分别注入超细纤维复合膜的内侧和外侧，使其在纤维膜表面催化醇解反应，生产生物柴油。但是这种方法催化剂酶容易失活。

发明内容

本发明的目的在于以纳米纤维为膜材料，构建一种纳米纤维复合膜反应器，并将其用于生产生物柴油，可以实现生物柴油的连续化制备，并且可以提高生产效率。

为解决上述问题，本发明通过以下技术方案实现：

设计一种纳米纤维复合膜反应器，其制备方法包括以下步骤：

将聚合物、固体酸和无机纳米粒子溶于溶剂中制成纺丝液，通过静电纺丝，将纳米纤维丝纺在非织造布基膜上，得到纳米纤维复合膜，然后将其填装于内外双圆筒形模具中，即得纳米纤维复合膜反应器。

其制备方法具体包括以下步骤：

（1）纺丝液的配制：

将聚合物和固体酸溶于溶剂，搅拌均匀，再加入无机纳米粒子，进行超声分散，然后静止脱泡，即得到纺丝液。

其中，各组分重量百分比为：聚合物1～15%、固体酸1～60%、无机纳米粒子1～20%，余量为溶剂。

优选的，步骤（1）各组分重量百分比为：聚合物5～14%、固体酸4～30%、无机纳米粒子5～20%，余量为溶剂。

优选的，将聚合物和固体酸溶于溶剂过程中，溶解温度为20～95℃。