[发明专利]一种环保型车用生物柴油的合成方法

说明书

本发明提供一种环保型车用生物柴油的合成方法，属于生物柴油技术领域，包括，在酯交换反应条件下，油脂和短链醇与酯交换催化剂接触合成生物柴油的步骤；将生物柴油、轻质化煤焦油、液体石蜡混合，过滤得车用生物柴油的步骤；其中，酯交换催化剂为表面含有氨甲基膦酸基团的活性炭。本发明合成生物柴油用酯交换催化剂具有较高的催化性能，合成油酸甲酯的效率高，反应完全后经过滤即可达到分离催化剂的效果，具有易回收、稳定性好、能够重复利用的性能。本发明合成方法中生物柴油的收率高、无需萃取步骤，能够经济地制备高等级的车用生物柴油。

技术领域

本发明属于生物柴油技术领域，具体涉及一种环保型车用生物柴油的合成方法。

背景技术

生物柴油是脂肪酸甲酯(脂肪酸乙酯)的混合物。这种混合物由脂肪酸甘油三酯(植物油、动物脂肪、微藻等)与短链醇类如甲醇、乙醇经酯交换反应得到脂肪酸甲酯(乙酯)及副产物甘油。由于生物柴油的理化性质与石化柴油非常相似，且具有有害物质排放少、可完全燃烧、可生物降解等优点，近年来已成为国际上发展最快、最有潜力的替代能源。生产生物柴油的原料主要包括大豆油、菜籽油、棕榈油、棉籽油、麻疯果油、餐饮废油等。此外，微藻中富含脂肪酸甘油酯，能够用于制备生物柴油，也可以经进一步催化加氢脱氧后得到绿色柴油。

生物柴油的合成方法可分为两大类：物理法和化学法，其中物理法又分为直接混合法和微乳化法，是通过降低油脂的粘度直接使用；化学法分为高湿裂解法及酯交换法，是通过化学的方法获得分子量低的脂肪酸甲酯成分。目前，微藻制备生物柴油最主要的方法为酯交换法。酯交换法是油脂跟低碳醇通常为甲醇，在催化剂的作用下进行酯交换反应，生成中低碳链的脂肪酸甲酯，经过洗涂、净化及干燥后即为生物柴油，该方法获得生物柴油成分跟普通生物柴油的性质非常接近，且具有反应过程较湿和、副产物少等优点而被广泛应用于生物柴油的制备中。通过酯交换法可使油脂的分子量降至原来的王分之一，粘度降至原来的八分之一，该方法生产出来的生物柴油的性质与化石柴油接近，可直接用作燃料。但是，由于甲醇钠在甲醇中的高溶解性，使得目前的生物柴油合成方法不允许催化剂循环利用。此外，催化剂的中和、分离和去除所需的劳动和材料造成经济和环境上的问题。为避免这些问题，全世界的研究者已经开发了用于将油脂进行酯交换成为生物柴油的固体催化剂。例如，各种碱性金属氧化物例如甲醇镁、氧化钙、烷醇钙和氢氧化钡已被确认为用于酯交换的活性催化剂。然而，至少部分由于固体金属氧化物和氢氧化物在甲醇中的溶解性，使得这些固体碱性催化剂几乎没有或完全没有可循环利用性。因此，对于生物柴油生产而言存在对于有效、廉价且环境友好的催化剂的需求，该催化剂不存在与目前已知的催化剂有关的溶解性、分离和可循环利用性的问题。还存在对于有效、廉价且环境友好地生产生物柴油的新方法的需求，该方法不存在与目前已知的方法有关的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种所用酯交换催化剂具有较高的催化性能，易回收、稳定性好、能够重复利用，生物柴油的收率高、无需萃取步骤的环保型车用生物柴油的合成方法，能够经济地制备高等级的车用生物柴油。

本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：

一种环保型车用生物柴油的合成方法，包括，在酯交换反应条件下，油脂和短链醇与酯交换催化剂接触合成生物柴油的步骤；酯交换催化剂为表面含有氨甲基膦酸基团的活性炭。

本发明合成车用生物柴油的过程中，所用酯交换催化剂中的膦酸基团作为质子酸提供氢离子先与油脂中的羰基氧原子结合，使羧基的碳原子带有更高的亲电性，更有利于短链醇的进攻发生亲核反应，然后质子化了的羧酸分子与醇分子作用后发生质子转移，最后经重排消除水，再消除质子等步骤而转化为酯分子，具有较高的催化性能，合成油酸甲酯的效率高。此外，该酯交换催化剂与油酸和乙醇的互溶性较差，反应完全后经过滤即可达到分离催化剂的效果，具有易回收、稳定性好、能够重复利用的性能。

本发明合成方法通过一步法实现酯化和酯交换同步进行，可以从低等原料环保式生产生物柴油，催化剂的反应性高效高，生物柴油的收率高、无需萃取步骤，能够经济地制备高等级的车用生物柴油。