[发明专利]一种CaO-MgO-Al2O3固体碱催化合成生物柴油的方法

说明书

本发明公开一种CaO‑MgO‑Al₂O₃固体碱催化合成生物柴油的方法，所述固体碱制备方法简单、低温催化活性高、易与反应体系分离，在反应时间4h、反应温度75℃、催化剂用量5%、醇油比10:1下，生物柴油产物收率达98.52％。

技术领域

本发明属于化工生物能源领域，涉及一种CaO-MgO-Al₂O₃多介孔网状固体碱催化合成生物柴油的方法。

背景技术

生物柴油是由植物油脂和动物脂肪经酯交换而成的酯的混合物，最典型的是脂肪酸甲酯。生物柴油基本不含硫和芳烃，十六烷值52.9、密度0.85-0.89Kg/m³、黏度3.5-5.0Pa·s、馏程<360℃、闪点>100℃、硫含量<0.02％，是一种绿色安全可再生替代能源。工业合成生物柴油通常使用均相酸或碱催化，如氢氧化钠、氢氧化钾、甲醇钠、硫酸、盐酸、磷酸等。虽然使用均相催化制备生物柴油可使反应混合均匀，反应速率快，转化率高，但存在产品分离困难，催化剂不能重复使用，反应设备腐蚀性大，产生大量酸碱废液等缺点。非均相固体酸或固体碱催化可减少副反应皂化反应发生，催化剂易于回收可重复利用等，因此开发高催化活性的非均相固体催化剂受到高度关注。

固体碱是指能接受质子或给出电子对，作为催化活性中心具有极强的供电子或接受质子的能力，自由电子中心来自于表面O^2-或OH^-基团。多数碱土金属氧化物催化剂的前驱体不具有活性或活性很低，只有经过高温煅烧，使碱土金属氧化物的碱性位暴露出来才形成活性碱中心。碱金属和碱土金属氧化物属于一类强碱型固体碱催化剂，碱性位主要来自于带负电的晶格氧离子O^2-和表面吸附水后产生的羟基。用于酯交换反应制备生物柴油研究多的为CaO和MgO催化剂。 Kouzu等通过900℃煅烧碳酸钙得到CaO催化剂，结果表面CaO具有较高的催化酯交换反应活性，1小时脂肪酸甲酯质量收率达93％。Di Serio等比较市售MgO、Mg(NO)₂、Mg(OH)₂、Mg(CO₃)₄.Mg(OH)₂四种前驱体煅烧所得的氧化镁催化酯交换反应的活性，由Mg(CO₃)₄.Mg(OH)₂煅烧所得MgO碱性最高且催化酯交换反应活性最高，但氧化钙催化酯交换反应Ca²⁺流失严重且副产物增多，这些固体碱催化剂还存在长链油脂分子在其孔内的扩散阻力团聚、固体催化剂耐酸、耐水性等问题。

针对上述问题，本发明公开一种CaO-MgO-Al₂O₃固体碱催化剂及其催化油脂与低级醇酯交换反应合成生物柴油的方法。即先采用均匀共沉淀法先制备出 CaO-MgO-Al₂O₃固体碱前驱体，再通过高温焙烧得到一种白色的短薄方块状的 CaO-MgO-Al₂O₃固体碱，具有催化活性高，易分离回收，活性组分不易流失、催化剂用量低等优点，催化反应活性大小顺序依次是CaO-MgO-Al₂O₃≥CaO>CaO-MgO>CaO-Al₂O₃，抗CaO流失性大小顺序依次是 CaO-MgO-Al₂O₃>CaO-MgO>CaO-Al₂O₃>CaO，当CaO-MgO-Al₂O₃固体碱催化剂与油脂质量比0.05:1、醇油摩尔比10:1、反应温度75℃、反应时间4h，生物柴油质量收率达98％。

发明内容

本发明的目的