[发明专利]一种生物柴油的竹碳基固体酸催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种生物柴油的竹炭基固体酸催化剂及其制备方法与应用，制备方法，包括如下步骤：1)将竹粉干燥后浸渍在磷酸溶液中，浸渍设定时间后干燥待用；2)将步骤1)中浸渍后的竹粉加热碳化，然后水洗至中性，干燥待用；3)将步骤2)中的碳化产物与磷钨酸溶液混合，搅拌均匀，蒸干水分，制备得到竹炭基固体酸催化剂。采用磷酸溶液对竹粉进行浸渍活化，磷酸分子填充竹粉的孔隙结构，催化降解促使竹粉低分子化，碳化过程中形成气体逸出物料体系，从而起到扩孔的作用，使制备的竹炭基固体酸催化剂的比表面积大大增加，有利于提高其催化酯化的效率。

技术领域

本发明涉及催化剂制备技术，具体涉及一种生物柴油的竹碳基固体酸催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

生物柴油作为石油柴油的替代品，具有与其相近甚至更优的闪点、十六烷值等理化指标，同时具有可降解、可再生、燃烧产物含硫量低等优势，是一种典型的“绿色能源”。大力发展生物柴油对于缓解煤、石油、天然气等化石燃料带来的能源危机以及环境污染问题意义重大。目前，工业上生产生物柴油最常用的方法为通过KOH、NaOH等均相碱催化的酯交换法，但因原料油成本过高而受到严重制约。选用餐饮业废油等廉价的酸化油代替普通油脂作为生产生物柴油的原料油，既能解决高成本的问题，又能改善“地沟油”等难题，是一举两得的针对措施。但碱催化法要求原料油无水且酸值不高于1mg KOH/g，不适用于餐饮业废油生产生物柴油。相比之下，酸催化剂不受原料油中自由脂肪酸含量影响，在餐饮废油为原料生产生物柴油过程能表现优良的催化性能。其中，固体酸尤其是碳基固体酸，可应用于多种化学反应，易于分离、催化性能优良、稳定性好且对设备腐蚀性小，因而引发了国内外诸多学者的深入研究，有望成为21世纪最有发展潜力的绿色固体酸催化剂。

现有技术中，碳基固体酸的制备多以葡萄糖、蔗糖、淀粉和纤维素等为原料，其成本相对较高且容易造成资源浪费。现有公开专利CN 102125874A文献中报道以天然的农业废弃物为原料，经过不完全碳化后再磺化的方法制得活性较高的碳基固体酸催化剂，所选原料来源广泛且价格低廉。现有公开专利CN 103084187B文献中报道以新鲜果壳为原料，经过活化、碳化再磺化的方法制备碳基固体酸催化剂，其催化活性较高。竹子，广泛分布于东亚、东南亚及印度洋等地区，繁殖力强、来源广泛、成本低廉，且竹子中含有大量纤维素，经过碳化后结构空隙度高，有利于作为活性分子的载体和缓释材料，是竹材高附加值综合利用的最有效途径之一。现有公开专利CN 102675266A公开了一种以竹碳磺化固体酸催化制备马来松香的工艺，该工艺易操作、三废少，经济实用。

虽然目前已有以竹材为原料制备固体酸的相关研究，但将竹碳基固体酸用于催化酯化生产生物柴油的报道较少。且现有技术中竹碳基固体酸的制备方法多为将竹屑碳化后，在浓硫酸等溶液中浸泡负载，所制备的催化剂孔结构不发达，比表面积低、机械性能差，从而限制了许多反应物大分子与催化剂表面活性位的接触，导致其催化酯化率较低。

发明内容

针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是提供一种生物柴油的竹炭基固体酸催化剂及其制备方法与应用。该固体酸催化剂以来源广泛的竹粉为原料，解决原料成本高且资源浪费的问题。制备得到的固体酸催化剂的比表面积高、机械性能好，具有较高的催化酯化效率。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

一种生物柴油的竹炭基固体酸催化剂的制备方法，包括如下步骤：

1)将竹粉干燥后浸渍在磷酸溶液中，浸渍设定时间后干燥待用；

2)将步骤1)中浸渍后的竹粉加热碳化，然后水洗至中性，干燥待用；

3)将步骤2)中的碳化产物与磷钨酸溶液混合，搅拌均匀，蒸干水分，制备得到竹炭基固体酸催化剂。