[发明专利]生物柴油的合成方法

说明书

本发明涉及一种生物柴油的合成方法，包括在酯交换反应条件下，油脂和短链醇与离子交换树脂催化剂接触的步骤；所述离子交换树脂催化剂具有以下结构通式：其中，为大孔型纳米复合树脂基体；M^‑为阴离子，选自磷钨酸根、磷钼酸根、硅钨酸根、硅钼酸根、砷钨酸根、砷钼酸根、锗钨酸根、锗钼酸根、磷钨钒酸根或磷钼钒酸根子；POSS为笼型倍半硅氧烷单元；为咪唑阳离子单元；R为POSS单元与咪唑阳离子单元之间的连接基团，R为亚烷基或亚芳香基。

技术领域

本发明涉及一种生物柴油的合成方法。

背景技术

随着传统化石能源的不断消耗，人们对于研发绿色环保、可再生新能源的需求日益迫切。传统化石燃料在燃烧过程中会产生二氧化硫、氮氧化物以及其他大量粉尘，对生态环境造成极大伤害。而生物柴油作为一种绿色能源，与石化柴油相比，具有可再生、可生物降解、废物排放低、十六烷值高、闪点高、使用安全等特点。

生物柴油的制备方法主要有直接使用法、混合使用法、微乳液法、高温裂解法和酯交换法。目前工业上使用较多的是酯交换法，它是以油料作物如大豆、油菜、棉、棕榈等，野生油料植物和工程微藻等水生植物油脂以及动物油脂、餐饮垃圾油等为原料油，与短链醇通过酯交换或热化学工艺制成脂肪酸甲酯类物质，用以代替石化柴油。

酯交换法制备生物柴油所采用的方法较多，如均相酸碱法、脂肪酶法、超临界法和非均相酸碱法等。传统的均相酸碱催化法存在设备腐蚀、后处理繁琐、产生大量三废等问题；脂肪酶法中酶催化剂由于其环境友好受到众多关注，但酶催化所需反应时间较长，容易失活，同时其使用量较大，限制了酶催化剂的广泛应用；超临界法制备生物柴油转化率高，但需要高温高压条件，设备要求高且能耗高；非均相酸碱催化法虽然催化剂回收方便，亦存在反应活性低，具有一定的局限性。因此开发环境友好的高效催化剂成为当前的研究热点。

酸性离子液体作为一种新型的环境友好型溶剂和高效催化剂，同时具备传统液体酸催化剂的高密度反应活性位和固体酸的不挥发性，又因其分子结构和酸性具有可设计性，被认为是最有希望的绿色催化剂之一。但酸性离子液体还存在粘度大、成本高、产物/催化剂分离不便，使其在催化生物柴油的工业化进程中受到较大的限制。

文献CN201410442179.6公开了一种N-甲基-N-烷基吗菲林型离子液体的制备方法，该离子液体作为生物油脂与甲醇酯交换制备生物柴油的催化剂，活性高，用量少，性能也较稳定。在甲醇/大豆油醇油比为40，温度为60度下反应1小时，生物柴油的收率可达93.7％。

固载化离子液体结合了均相催化剂的高活性和非均相催化剂易分离、回收等优点，是一类新型的绿色催化剂，在合成生物柴油领域有着巨大的应用潜力。

文献CN201510064336.9公开了一种合成生物柴油的酸性离子液体固栽性催化剂，该专利采用浸渍法将离子液体[2-MPYR-BS][HSO4]、[HMIM-BS][HSO4]或[PYR-BS][HSO4]固栽至引入Al的介孔分子筛Al-MCM-41上，制备得到固栽化离子液体催化剂，用于酯交换法制备生物柴油。以Al-MCM-41-[2-MPYR-BS][HSO4]作为催化剂，在一定醇油比下，150℃下反应6小时，生物柴油的收率可达97.0％。生物柴油无需中和洗涤，对环境友好，且催化剂具有优异的催化活性，易回收。但是通过浸渍法制备的固栽型离子液体催化剂仍存在一定的活性中心流失问题，该催化剂使用5次后，生物柴油的收率已经降至91.5％，重复使用性能较差。

文献CN201710337145.4公开了一种生物柴油专用固体碱催化剂的制备方法，利用聚合物乳液吸附碳酸氢钾，经两步煅烧，形成海绵状多孔固体碱催化剂，载体与有效成分均为多孔结构，虽然解决了传统浸渍法制得的催化剂孔道易堵塞问题。但是该催化剂的重复使用性能较差，经5次重复使用后，生物柴油的产率已经由94.6％降低至88.9％。