[发明专利]一种钠盐-高炉粉尘催化剂及其制备生物柴油的方法

说明书

本发明公开了一种催化剂，通过以下方法制备得到：将高炉粉尘利用球磨机进行研磨，筛分；过筛后的高炉粉尘在75‑105ºC条件烘干5h以上，得到预处理后的含铁高炉粉尘；用钠盐溶液浸渍预处理后的高炉粉尘，置于油浴锅中在65^oC条件下磁力搅拌，得到的样品在75‑105^oC条件烘干5h以上，烘干的样品过筛，然后在氮气气氛下500‑700^oC煅烧，即得钠盐‑高炉粉尘催化剂。该催化剂可以直接用于低酸值油的反应，生物柴油得率≥95%，且循环使用能力好，16次回收循环后生物柴油产率还能达到90%以上。

技术领域

本发明涉及生物柴油用催化剂及生物柴油的制备方法，具体是涉及一种利用钠盐浸渍高炉粉尘制备的催化剂以及利用该催化剂制备生物柴油的方法。

背景技术

当前，人类社会严重依赖化石燃料获取能量。化石燃料的燃烧导致生态环境遭到破坏，雾霾、温室效应、环境污染等问题严重影响着人们的生活和健康。化石燃料的日渐枯竭使得人们意识到开发清洁、环保、绿色的可再生能源具有非常重要的意义。生物柴油是植物油、动物油、餐饮废弃油和低价醇在酸性或者碱性催化剂的作用下，通过酯交换反应制得的可再生燃料，近年来受到广泛的关注。生物柴油的理化性质和石化柴油十分相似，可以直接添加在发动机中使用，无需对发动机进行改造。生物柴油燃烧过程具有碳烟和聚合物颗粒等不可燃烧物的含量较少、气体中硫化物和芳香烃含量较低、二氧化碳几乎近零排放等优点，使得生物柴油成为最佳的石化柴油替代品之一。

为了提高生物柴油的转化率，合适的高效催化剂将是生物柴油制备的关键。传统的预处理方法选用均相酸催化剂来催化游离脂肪酸完成酯化，但均相酸具有不可重复使用，而且反应速率较慢，反应温度较高，所需时间较长，均相酸和产物的分离提纯复杂，均相酸对环境存在腐蚀和排放危害等问题。均相碱催化的酯交换速率是酸催化的4000倍，但是容易发生水解、皂化反应。所以用两性固体催化剂取代均相酸、均相碱催化剂被广泛关注。例如专利CN106179496A、CN106191327A和CN106222314A公布了一些碳基固体酸催化剂的制备方法以及在生物柴油合成中的应用。但这些碳基固体酸催化剂通常表面酸度低，使得酯化反应的温度较高，耗时较长，催化剂回收困难，经济成本也随之增加。

发明内容

为解决上述问题，本发明拟通过制备得到一种具有高催化活性及重复利用率的催化剂实现生物柴油的高转化率。

除非另有说明，本发明所采用的百分数均为质量百分数。

本发明的目的之一在于提供一种钠盐-高炉粉尘催化剂的制备方法，所述方法包括如下步骤：

（1）高炉粉尘预处理：

①将高炉粉尘利用球磨机进行研磨，筛分；

②过筛后的高炉粉尘在75-105ºC条件烘干5h以上，得到预处理后高炉粉尘；

（2）高炉粉尘活化制备固体催化剂：

用钠盐溶液浸渍预处理后的高炉粉尘，置于油浴锅中在65^oC条件下磁力搅拌，得到的样品在75-105^oC条件烘干5h以上，烘干的的样品过筛，然后在管式炉中于氮气气氛下500-700^oC煅烧，即获得所需钠盐-高炉粉尘催化剂。

进一步的，以元素计，所述高炉粉尘的组分包括：Fe：30-35wt%，Ca：7-12wt%，Na：1-3wt%，Mg：1-2wt%，Zn：≤0.5wt%，Mn：≤2wt%，Al：≤1wt%，S：≤1wt%。

进一步的，以元素计，钠盐-高炉粉尘催化剂中Na含量为23-26.5wt%。

进一步的，所述钠盐包括碳酸钠、硅酸钠、铬酸钠、十水碳酸钠中的至少一种。

本发明的另一目的在于提供一种催化剂，所述催化剂由前述方法制备得到。