[发明专利]一种固体碱催化剂、其制备方法以及利用其催化合成生物柴油的方法

说明书

技术领域

本发明涉及固体碱催化剂的制备方法以及制备生物柴油的方法。

背景技术

生物柴油作为一种清洁绿色的可替代能源，可以通过植物油与短链烷基醇酯交换反应 得到,反应式如式1所示:

式1生物柴油酯交换反应方程式

式1中R₁、R₂、R₃为C_12～24的饱和或不饱和的直链烃基，ROH表示低级脂肪醇，多 采用甲醇和乙醇，其中甘油酯多为混合甘油酯(即R₁≠R₂或者≠R₃)。生物柴油虽具有无毒、 易降解和润滑性能好等性能，但其分子结构中仅含有一个酯基，含氧量较低，燃烧和排放 性能不够理想。因此，以生物柴油为基础，制备新型生物柴油，成为了人们研究的热点。 并且新型生物柴油对有效控制环境污染以及相关工业的发展意义重大。

新型生物柴油是生物柴油(脂肪酸甲酯)与含有醇羟基的醚通过酯交换反应引入醚基 而生成的较高含氧量的燃料，其反应式如式2所示。

式2新型生物柴油酯交换反应方程式

式2中的新型生物柴油(n＝1、2、3、4、5、7、9、10、15、20)与传统的生物柴油即 脂肪酸甲酯(FAME)相比，新型生物柴油的粘度、密度和热值与石化柴油相近，闪点和十 六烷值较高，并具有与柴油相当的氧化安定性等优势。同时，醚基的引入使新型生物柴油 含氧量增加，燃烧更为完全，可以有效减少CO₂、SO_x、NO_x以及碳烟污染物的排放。由 于新型生物柴油在燃烧性能等方面的优势，因此，新型生物柴油的研究将受到越来越多的 关注。

Guo等人在《SAETechnicalPaper》的2015年第1卷的0955页公开了一种采用精制 大豆油与乙二醇单甲醚进行酯交换反应制备新型生物柴油大豆油乙二醇甲醚酯的方法，该 方法为：先将金属钠溶于乙二醇单甲醚制成醇钠溶液，再将精制大豆油和醇钠溶液同时加 入烧瓶中，待反应完全后，冷却，将烧瓶中的溶液移入分液漏斗中,稀盐酸中和,静止24 h，减压蒸馏除去乙二醇甲醚，干燥脱水，即可得到新型生物柴油大豆油乙二醇单甲醚酯。

Chen等人在《SAETechnicalPaper》的2014年第1卷的1469页公开了一种以KOH 为催化剂催化精制棕榈油与乙二醇单甲醚进行酯交换反应制备新型生物柴油棕榈油乙二 醇甲醚酯的方法，该方法为：将一定量的棕榈油脱酸除水后加入到1000mL的三口烧瓶中， 当容器内温度为60℃恒定时，加入配好的醇钾溶液，待充分反应后，将烧瓶内溶液转移 到分液漏斗中，加入适量盐酸使溶液呈中性。静置12h，分层，除去分液漏斗下层黄褐色 粘稠的粗甘油后，便得到粗生物柴油。通过减压蒸馏除去反应中过量的乙二醇单甲醚，抽 滤除去反应产生的皂盐，再经反复水洗、干燥，最终得到产物新型生物柴油棕榈油乙二醇 甲醚酯。

以上现有技术中无论以KOH还是以金属钠为催化剂，都是均相碱催化剂，它们的后 处理过程复杂，反应产物需要中和、洗涤，导致排放大量的废水，污染环境，而且不能重 复使用。

发明内容

本发明是要解决现有的制备新型生物柴油的催化剂的反应后续处理步骤复杂、有污 染、不能重复使用的技术问题，而提供一种固体碱催化剂、其制备方法以及利用其催化合 成生物柴油的方法。

本发明的固体碱催化剂为表面有孔的磷酸钠，孔径d≤5μm。

本发明的固体碱催化剂的制备方法如下：

一、干燥处理：将Na₃PO₄·12H₂O置于空气气氛中，在温度为100～200℃的条件下干 燥8～24h，得到前驱体；

二、焙烧处理：将步骤一得到的前驱体移至焙烧炉中，空气气氛中，升温至210～800℃ 并保持2～6h，降至常温，即得到固体碱催化剂。

利用上述的固体碱催化剂催化合成新型生物柴油的方法，按以下步骤进行：