CN101721989B - 一种用于制备生物柴油固体碱催化剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于制备生物柴油固体碱催化剂的制备方法是以含镁工业废渣为原料，通过酸溶解，过滤，用碱液滴定，调节pH在11～14之间，搅拌1～3小时，静置1～10小时，使成胶状，在90～130℃烘干，400～700℃煅烧2～8小时，研磨，加适量溶剂与氧化物混合，比例为4～9∶1，烘干，在氮气保护及500～800℃下，煅烧2～10小时，研磨过筛制得。本发明方法制得催化剂用于制备生物柴油，吨生物柴油消耗甲醇＜50公斤，水耗＜0.35吨，综合能耗＜300公斤标准煤，而且催化剂原料价格低廉，制备简单，催化效果好，转化率达到90％以上。

Description

一种用于制备生物柴油固体碱催化剂的制备方法
技术领域
本发明属于固体碱催化剂技术领域，尤其是一种用于制备生物柴油所需的固体碱催化剂的制备方法。
背景技术
生物柴油作为一种可再生能源，越来越受到许多国家的重视。随着工业化的快速发展，能源的消耗急剧增长，全世界都面临着能源短缺的危机。另一方面，随着人类的生活水平不断提高和环境保护意识的增强，开发一种新的石油能源替代品已迫在眉梢。
以大豆和油菜籽等油料作物、油棕和黄连木等油料林木果实、微藻等油料水生植物以及动物油脂、餐饮废油等为原料与甲醇或乙醇等低碳醇在酸或碱性催化剂作用下进行酯化反应，生成相应的脂肪酸甲酯或乙酯，是一种优质的柴油替代品，称为生物柴油。生物柴油与常规柴油相比，具有优良的环保性和使用适应性，良好的燃料性、安全性和润滑性能，以及可再生性。
传统的酯交换工艺一般采用NaOCH3、NaOH、KOH等作为催化剂。这种过程后续处理较为复杂，催化剂的分离和大量废水的产生，易造成环境污染。因此，开发固体碱催化剂就成为近年来的研究热点。目前，固体碱催化剂主要由碱金属和碱土金属氧化物来制备，活性虽好，但成本昂贵，还处在积极研制开发阶段。采用脂肪酶代替酸、碱催化剂制备生物柴油，具有条件温和、醇用量小、对游离脂肪酸和水不敏感，产品易于收集、无污染物排放等优点，但存在酶成本高，易中毒、寿命短等问题。
发明内容
本发明提供一种用于制备生物柴油固体碱催化剂的制备方法。
本发明一种固体碱催化剂的制备方法是以含镁工业废渣为原料，用酸溶解，抽滤，在滤液中加入碱或碱溶液滴定，调节溶液pH在11～14之间，搅拌1～3小时，静置1～10小时，使成胶状，在90～130℃烘干，煅烧、研磨后加适量溶剂，并与氧化物混合，烘干，再在氮气保护下再煅烧，研磨过筛，即制得催化剂。
在上述用于制备生物柴油固体碱催化剂的制备方法中，所用的原料含镁工业废渣是指镁冶炼工业废渣；所用的酸是硫酸、硝酸、磷酸和盐酸中的一种或它们的混合；所述的的碱或碱性溶液是KOH、NaOH、NaOCH3或它们的溶液和氨水；所用的氧化物是Al2O3、TiO2、ZrO2和SiO2一种或混合；所述的成胶后的煅烧温度为400～700℃，时间2～8小时；所述的液体溶剂为水、醇或酮类化合物等，所述的氮气保护下的煅烧温度为500～800℃，时间为2～10小时。
本发明还提供一种上述方法所制得固体碱催化剂用于制备生物柴油的方法，具体方法是将原料油、甲醇和所制催化剂混合，67±5℃下搅拌反应时间2～5小时，分离得到生物柴油。其中催化剂用量为植物油的0.1％～5％，甲醇和植物油的摩尔比为3～20∶1。
在上述固体碱催化剂用于制备生物柴油的方法中，其所用的原料油是各种植物油、林木果实油、微藻类油料水生植物油以及动物油脂、餐饮废油等。
本发明所称的一种用于制备生物柴油固体碱催化剂的制备方法，与现有技术相比，其有益效果在于：第一，该固体碱催化剂是以含镁工业废渣为原料，成本低廉；第二，催化剂的制备方法简单，催化效果好，并且使生物柴油生产工艺流程简单，反应后的催化剂分离容易、后处理方便；第三，本催化剂性能与NaOCH3、NaOH、KOH等相当，所制生物柴油产品符合0#柴油的性能指标，产品可达90％以上；第四，使用本催化剂，生产1吨生物柴油，甲醇消耗＜50公斤，水耗＜0.35吨，综合能耗＜300公斤标准煤，转化率在90％以上。
具体实施方式
下面用具体实施例进一步详细描述本发明的具体实施方式，本领域的技术人员在阅读了本实施例后，能够实施本发明的技术方案，其优点与效果也同时能够得到体现。
实施例1
称取40g含镁工业废渣，即镁冶炼工业废渣，加200mL蒸馏水，量取4.5mL浓硫酸，加入反应器，进行反应，抽滤得到滤液。用2mol/L的氨水进行滴定，调节pH到11～14，搅拌1小时，静置5小时，使成胶状，100℃下烘干，在400℃煅烧2小时，加适量蒸馏水润湿再与氧化钛混合，比例为6∶1，烘干，再在氮气保护下，500℃煅烧10小时，研磨过筛，即制得固体碱催化剂。
在250mL的三口烧瓶中，以大豆油、甲醇为原料，醇油摩尔比为6∶1，加热，当温度达到62℃时，加入重量比为油重量的2.5％的上述固体碱催化剂，以大于600转/分钟的速度搅拌，反应2h后结束。反应结束后趁热抽滤，分离催化剂，回收甲醇，将滤液静置过夜，分层。上层生物柴油经气相色谱检测，脂肪酸甲酯的含量为91.8％。
实施例2
称取40g含镁工业废渣，加200mL蒸馏水，量取13.5mL浓盐酸，加入，进行反应，抽滤得到滤液。加入13.13gNaOH，搅拌3小时，静置1小时，使成胶，110℃下烘干，在500℃煅烧4.0小时，加适量乙醇润湿再与氧化硅混合，比例为7∶1，烘干，再在氮气保护下，600℃煅烧4小时，研磨过筛获得。
在250mL的三口烧瓶中，以菜籽油、甲醇为原料，依据醇油摩尔比为7∶1，当温度达到70℃时，加入重量比为油重量的3％上述固体碱催化剂，反应时间5h，搅拌速度大于600转/分钟。反应结束后趁热抽滤，分离催化剂，回收甲醇，将滤液静置过夜，分层。上层生物柴油经气相色谱检测，脂肪酸甲酯的含量为94.3％。
实施例3
称取40g含镁工业废渣，加200mL蒸馏水，量取4.5mL浓硝酸，加入，进行反应，抽滤得到滤液。加入18.382gKOH，搅拌3小时，静置10小时，使成胶，在600℃煅烧5.5小时，加适量甲醇润湿再与氧化锆混合，比例为9∶1，烘干，再在氮气保护下，800℃煅烧6小时，研磨过筛获得。
在250mL的三口烧瓶中，以菜籽油、甲醇为原料，醇油摩尔比为15∶1，当温度达到70℃时，加入重量比为油重量的3％上述固体碱催化剂，反应时间3h，搅拌速度大于600转/分钟。反应结束后趁热抽滤，分离催化剂，回收甲醇，将滤液静置过夜，分层。上层生物柴油经气相色谱检测，脂肪酸甲酯的含量为90.5％。
实施例4
称取40g含镁工业废渣，加200mL蒸馏水，量取13.5mL浓盐酸，加入，进行反应，抽滤得到滤液。加入13.38gNaOH，搅拌1小时，静置3小时，使成胶，在680℃煅烧6.0小时，加适量丙酮润湿再与氧化铝混合，比例为4∶1，烘干，再在氮气保护下，600℃煅烧7小时，研磨过筛获得。
在250mL的三口烧瓶中，以餐饮废油、甲醇为原料，醇油摩尔比为20∶1，当温度达到72℃时，加入重量比为油重量的3％上述固体碱催化剂，反应时间4h，搅拌速度大于600转/分钟。反应结束后趁热抽滤，分离催化剂，回收甲醇，将滤液静置过夜，分层。上层生物柴油经气相色谱检测，脂肪酸甲酯的含量为98.1％。
实施例5
称取40g含镁工业废渣，加200mL蒸馏水，量取13.5mL浓磷酸，加入，进行反应，抽滤得到滤液。加入13.38gNaOH，搅拌1小时，静置3小时，使成胶，在700℃煅烧8小时，加蒸馏水润湿再与氧化铝和二氧化硅混合，比例为4∶1∶4，烘干，再在氮气保护下，700℃煅烧8小时，研磨过筛获得。
在250mL的三口烧瓶中，以餐饮废油、甲醇为原料，醇油摩尔比为20∶1，当温度达到72℃时，加入重量比为油重量的3％上述固体碱催化剂，反应时间4h，搅拌速度大于600转/分钟。反应结束后趁热抽滤，分离催化剂，回收甲醇，将滤液静置过夜，分层。上层生物柴油经气相色谱检测，脂肪酸甲酯的含量为99.2％。
在上述实施例的基础上，本领域的技术人员能够实施本发明的一种固体碱催化剂的制备方法是显而易见的，以及能够实施一种本发明方法所制备的固体碱催化剂用于制备生物柴油也是显而易见的，在本说明书中涉及到的其它的技术内容以及科技术语，应当按照本领域的公知常识和贯用技术手段理解和实施。

Claims (6)

1.一种固体碱催化剂的制备方法，该方法是以含镁工业废渣为原料，加蒸馏水，加酸溶解，抽滤，在滤液中加入碱或用碱溶液滴定，调节溶液pH在11～14之间，搅拌1～3小时，静置1～10小时，使其成胶状，在90～130℃烘干，400～700℃煅烧、煅烧时间2～8小时，研磨后加适量溶剂，并与氧化物载体混合，烘干，再在氮气保护下500～800℃煅烧，煅烧时间2～10小时，研磨过筛，即制得固体碱催化剂。
2.如权利要求1所述的一种固体碱催化剂的制备方法，其所述的含镁工业废渣是镁冶炼工业废渣。
3.如权利要求1所述的一种固体碱催化剂的制备方法，其所述的酸是硫酸、硝酸、磷酸和盐酸中的一种或是其混合。
4.如权利要求1所述的一种固体碱催化剂的制备方法，其所述的碱溶液是KOH、NaOH、NaOCH3的溶液或是氨水。
5.如权利要求1所述的一种固体碱催化剂的制备方法，其所述的氧化物载体是Al2O3、TiO2、ZrO2或是SiO2的一种或是其混合。
6.如权利要求1所述的一种固体碱催化剂的制备方法，其所述的溶剂是水、醇或是酮化合物。
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