[发明专利]一种以动物骨头为载体的固体碱生物柴油催化剂及其制备方法

说明书

本发明提供一种以动物骨头为载体的固体碱生物柴油催化剂及其制备方法。该制备方法包括如下步骤：将洗净的猪骨头干燥和粉碎后，热解得到生物炭；生物炭与氢氧化钾溶液混合搅拌进行过滤，过滤物用去离子水进行洗涤，至洗涤过滤物后的水溶液PH值为6.8～7.2，过滤物干燥，得到活化后的生物炭；将活化后的生物炭加入碳酸钾溶液中搅拌均匀得到复合催化剂，干燥煅烧后得到固体碱生物催化剂。本发明使用猪骨头制备催化剂载体，猪骨头含有丰富的有机质，其热解得到的生物炭主要成分为羟磷灰石和碳，羟磷灰石可与活性物质K₂CO₃相互作用形成KCaPO₄结构，此结构可以有效防止金属离子K⁺的流失，确保催化剂的催化活性与催化稳定性。

技术领域：

本发明属于生物柴油催化剂技术领域，具体涉及一种以动物骨头为载体的固体碱生物柴油催化剂及其制备方法。

背景技术：

传统能源的日益枯竭需要开发新的可再生能源，生物柴油作为一种无毒、绿色、可再生的新能源被广泛的关注。生物柴油主要是通过动植物油脂或高酸值废弃油脂等为原料与甲醇经酯交换反应制得。传统的生物柴油生产中利用均相催化来制备，虽然此方法催化反应快，生物柴油的收率高，但均相反应存在易腐蚀设备、产物后处理复杂、不易回收并且产生大量废水等问题。因此，非均相催化剂在生产生物柴油中的应用备受关注。非均相催化剂的种类很多，主要有金属氧化物、水滑石、离子交换树脂、沸石等。但这些催化剂大部分价格比较昂贵，限制了其应用于大规模的工业化生产。为了解决这个问题，近年来固体废弃物资源作为催化剂或催化剂载体的研究越来越多。

动物骨头作为一种固体废弃物也被用作制备生物柴油催化剂。动物骨头经过煅烧得到的生物炭主要含羟磷灰石结构，是理想的催化剂原料，可以直接用作催化剂使用。科学家们为了进一步提高催化剂的催化活性，将动物骨头生物炭作为载体负载活性物质制备成复合固体碱催化剂，比如利用牛骨、鱼骨等负载CaO和K₂CO₃等活性物质。但现有的复合催化剂存在固体碱催化剂活性组分在反应中易流失，在较高温度条件下容易失活，且催化效率不高的问题。

发明内容：

本发明的目的是提供一种以动物骨头为载体的固体碱生物柴油催化剂及其制备方法，本发明提出采用猪骨头制备催化剂载体，为了增加生物炭的比表面积使其负载效果更佳，利用活性物质氢氧化钾对生物炭进行活化处理，利用湿式浸渍法将活性物质碳酸钾均匀的负载在载体的表面，得到的生物柴油催化剂催化活性强，生物柴油的产率可达到98.2％。

本发明的第一个目的是提供了一种以动物骨头为载体的固体碱生物柴油催化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将洗净的猪骨头经干燥和粉碎后，得粉末固体，粉末固体在氮气气氛下550℃～750℃热解2h后得到生物炭；

(2)将步骤(1)得到的生物炭与氢氧化钾溶液混合搅拌1h得混合溶液，转速为600～700r/min，生物炭与氢氧化钾的质量比为1:14～1:42，对混合溶液进行过滤，得到过滤物，过滤物用去离子水进行若干次洗涤，至洗涤过滤物后的水溶液PH值为6.8～7.2，然后将洗涤后的过滤物干燥，得到活化后的生物炭；

(3)将步骤(2)得到的活化后的生物炭加入碳酸钾溶液中搅拌均匀得到复合催化剂，所述的活化后的生物炭与碳酸钾的质量比为3:2～4:1，所述的复合催化剂干燥后，在氮气气氛下450℃～650℃煅烧2h得到所述的固体碱生物柴油催化剂。

本发明使用猪骨头制备催化剂载体，猪骨头含有丰富的有机质，其热解得到的生物炭主要成分为羟磷灰石和碳。羟磷灰石可与活性物质K₂CO₃相互作用形成KCaPO₄结构，此结构的形成可以有效的防止金属离子K⁺的流失，确保催化剂的催化活性与催化稳定性。