[发明专利]一种磁性碳基催化剂及利用该催化剂制备生物柴油的方法

说明书

本发明公开了一种磁性碳基催化剂，通过以下方法制备得到：将电炉粉尘利用球磨机进行研磨，置于75℃‑105℃条件烘干，得到预处理后的电炉粉尘；取预处理后的电炉粉尘，加入浓盐酸，待反应后，再加入去离子水和碳源，搅拌，过滤洗涤至溶液的pH为中性后干燥；将干燥后的样品在600℃‑800℃条件下煅烧2h以上，即得磁性碳载体；将得到的磁性碳载体和甲醇钠进行混合后，加入去离子水，恒温混合磁力搅拌、烘干，然后再将干燥的样品在惰性气体下，以5℃/min‑7℃/min的升温速率加热到600^oC‑700^oC，保持2h以上，冷却，即得磁性碳基催化剂。该催化剂催化效果较好，生物柴油得率98%，催化剂回一次收率90%。且循环使用能力较优，7次反应后生物柴油产率还能达到80%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，具体是涉及一种磁性碳基催化剂以及利用该催化剂制备生物柴油的方法。

背景技术

随着全球工业化快速的发展，对化石资源的消耗也在不断提升。过度的开发和利用化石燃料，不仅造成了能源短缺，也造成了生态环境的破坏和大气污染，进而威胁到人类的健康和生存。如何开发和有效利用清洁、环保、绿色的可再生能源具有深远的经济效益和社会效益。生物柴油是植物油、动物油、餐饮废弃油和低价醇在酸性和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。生物柴油具有和石化柴油相似的理化性质，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。

在酯交换反应过程中加入酸性或碱性催化剂可以极大地提高生物柴油的产率和品质。因此，寻找来源广且可持续的催化剂原料并制备成本低和高效的催化剂工艺至关重要。常用的催化剂有均相催化剂和多相催化剂，均相催化剂大多存在污染问题、制备成本高、难以和产物分离和可重复利用性低等缺点。而多相催化剂则可以克服这些问题，特别是具有磁性的催化剂受到大多研究者们的青睐。常用的多相催化剂有负载型金属氧化物催化剂、沸石、高岭土等。但大多多相催化剂的结构特性较差，如比表面积和孔隙低等，导致活性点位较少，催化反应时间长。因此制备效率高、可重复使用、成本低、环境友好型的负载型多相催化剂是一个极具潜力又具有挑战的问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明拟通过制备得到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和电炉粉尘的回收再利用。

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磁性碳基催化剂的制备方法，所述方法包括如下步骤：

（1）电炉粉尘预处理：

将电炉粉尘利用球磨机进行研磨，置于75℃-105℃条件烘干，得到预处理后的电炉粉尘；

（2）磁性碳基催化剂的制备：

①取预处理后的电炉粉尘，加入浓盐酸，待反应后，再加入去离子水和碳源，搅拌，过滤洗涤至溶液的pH为中性后干燥；

②将干燥后的样品在600℃-800℃条件下煅烧2h以上，即得磁性碳载体；

③将步骤②得到的磁性碳载体和甲醇钠进行混合后，加入去离子水，恒温混合磁力搅拌、烘干，然后再将干燥的样品在惰性气体下，以5℃/min -7℃/min的升温速率加热到600℃-700^oC，保持2h以上，冷却，即得磁性碳基催化剂。

进一步的，以元素计，所述磁性碳基催化剂的组分包括：C: 30%-40%，Si：4%-5%，Na：21%-22%，Fe：6%-7%，Mg：≤1%。

进一步的，所述碳源包括秸秆灰、稻壳灰、废弃木材灰、种壳灰中的至少一种。