CN113893842B - 改性负载型氧化镁催化剂的制备方法及单甘酯生产工艺 - Google Patents

改性负载型氧化镁催化剂的制备方法及单甘酯生产工艺 Download PDF

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Abstract

改性负载型氧化镁催化剂的制备方法及单甘酯生产工艺，包括以下步骤：将载体用去离子水浸润，边搅拌边加入硝酸镁水溶液，用氢氧化钠溶液调节溶液pH，生成氢氧化镁沉淀；浸渍过滤得到滤饼，并对滤饼进行清洗、干燥、焙烧得到氧化镁；将得到的氧化镁用铈盐或镧盐浸渍，浸渍完成后清洗、干燥、焙烧，得到改性氧化镁催化剂。在固定床反应器中加入改性负载型氧化镁催化剂，将预热融化的氢化油脂和甘油通入固定床反应器中进行反应，升高温度，通入氮气；反应结束后收集反应液并分离得到单甘酯。本发明采用负载型氧化镁催化剂，并加入铈盐或镧盐进行改性，单甘酯的选择性由现有技术的40％提升至60％，反应温度降低，节约能耗。

Description

改性负载型氧化镁催化剂的制备方法及单甘酯生产工艺
技术领域
本发明属于单甘酯的制备领域，具体涉及改性负载型氧化镁催化剂的制备方法及单甘酯生产工艺。
背景技术
氧化镁材料广泛应用于催化剂、耐火材料、橡胶活化剂和促进剂、功能陶瓷等领域。其中，氧化镁由于具有价格低廉、比表面积大、无毒无害等特性，在催化领域发挥着重要作用。但是，现有的氧化镁催化剂往往存在活性位点不足、碱性不足、制备工艺复杂、催化性能不高等问题，在一些反应上(如单甘酯制备)存在催化活性欠缺的问题。
单脂肪酸甘油酯(单甘酯)作为一种重要的食品乳化剂和添加剂，单甘酯在塑料、食品、制药、化妆品等行业有着广泛的应用。
目前工业上采用的是甘油、氢化油、碱液以工艺规定的比例经脱水后进入酯化反应，酯化反应经冷却后与磷酸进行中和，在静置排出底甘油得到粗酯。粗酯经分子蒸馏得到单甘酯产品。
但是上述反应单甘酯选择性不高，且使用氢氧化钠为催化剂后续需要采用磷酸中和，而且在后处理过程中容易形成硬脂酸钠等皂类物质，容易形成泡沫，影响蒸馏效果。
发明内容
基于现有技术中存在的上述缺点和不足，本发明提供改性负载型氧化镁催化剂的制备方法及单甘酯生产工艺，通过对氧化镁进行改性，增加氧化镁催化性能，并以改性负载型氧化镁作为固体催化剂代替氢氧化钠，提高单甘酯选择性，避免了后处理的泡沫产生。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
改性负载型氧化镁催化剂的制备方法，包括以下步骤：
S1，将载体用去离子水浸润，边搅拌边加入硝酸镁水溶液，用氢氧化钠水溶液调节溶液pH，生成氢氧化镁沉淀；浸渍过滤得到滤饼，并对滤饼进行清洗、干燥、焙烧得到氧化镁；
S2，将得到的氧化镁用铈盐或镧盐浸渍，浸渍完成后清洗、干燥、焙烧，得到改性氧化镁催化剂。
优选的，所述载体为γ-Al2O3、SiO2、ZSM-5分子筛、活性炭或硅藻土。
优选的，所述硝酸镁水溶液的质量分数为16～23％，加入量硝酸镁水溶液的质量为载体质量的10～25％。
优选的，所述铈盐或镧盐均为质量分数15～25％的硝酸盐溶液，上述硝酸盐溶液的加入量为在载体质量的5～25％。
优选的，所述氢氧化钠水溶液的质量分数为5～15％，调节溶液pH至8～9。
优选的，所述S1和S2中，浸渍时间均不低于10h，干燥温度为110℃以上，干燥时间为4～6h，焙烧温度为550℃以上，焙烧时间为4～6h。
本发明还提供单甘酯的生产工艺，包括以下步骤：
S11，在固定床反应器中加入所述的改性负载型氧化镁催化剂，
S12，将预热熔化的氢化油脂和甘油通入固定床反应器中进行反应，升高温度，通入氮气，保持氮气流速30～100ml/min；
S13，反应结束后收集反应液并分离得到单甘酯。
优选的，步骤S2的反应温度190～210℃。
优选的，步骤S2的反应时间为50～130min。
优选的，步骤S3的分离方法为分子蒸馏法。
优选的，以重量份计，上述原料加入量：改性负载型氧化镁催化剂0.3-0.7份，氢化油脂80-95份，甘油15-20份。
本发明与现有技术相比，有益效果是：
本发明采用负载型氧化镁催化剂，并加入铈盐或镧盐进行改性，增强了氧化镁反应活性位点的碱性，将单甘酯的选择性由现有技术的40％提升至60％，同时反应温度降低，节约能耗。
本发明采用负载型氧化镁催化剂代替氢氧化钠，后处理无需用磷酸进行中和，而且避免了在蒸馏过程中皂类物质的产生，减少泡沫产生，提升蒸馏效果。
本发明采用固定床反应装置代替传统釜式反应，实现了单甘酯的连续化生产。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对照说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，并获得其他的实施方式。
实施例1：
取100g的γ-Al2O3载体(还可以是SiO2、ZSM-5、活性炭或硅藻土)，加入适量去离子水(以全部浸润载体量为宜)，边搅拌边加入14g的质量分数为16％的硝酸镁水溶液，用10％氢氧化钠水溶液调节pH至8～9，生产氢氧化镁沉淀。将氢氧化镁沉淀浸渍11h后过滤得到滤饼，并对滤饼进行清洗、110℃干燥5h、550℃焙烧5h得到氧化镁。
将得到的氧化镁用15％载体质量的硝酸铈溶液浸渍12h，并110℃干燥5h、550℃焙烧5h得到改性负载型氧化镁催化剂。
实施例2：
取100g的γ-Al2O3载体(还可以是SiO2、ZSM-5、活性炭或硅藻土)，加入适量去离子水(以全部浸润载体量为宜)，边搅拌边加入16g的质量分数为20％的硝酸镁水溶液，用10％氢氧化钠水溶液调节pH至8～9，生产氢氧化镁沉淀。将氢氧化镁沉淀浸渍12h后过滤得到滤饼，并对滤饼进行清洗、112℃干燥4h、555℃焙烧4.5h得到氧化镁。
将得到的氧化镁用15％载体质量的硝酸铈溶液浸渍12h，并115℃干燥4h、556℃焙烧5h得到改性负载型氧化镁催化剂。
实施例3：
取100g的γ-Al2O3载体(还可以是SiO2、ZSM-5、活性炭或硅藻土)，加入适量去离子水(以全部浸润载体量为宜)，边搅拌边加入24g的质量分数为17％的硝酸镁水溶液，用10％氢氧化钠水溶液调节pH至8～9，生产氢氧化镁沉淀。将氢氧化镁沉淀浸渍10h后过滤得到滤饼，并对滤饼进行清洗、110℃干燥5h、550℃焙烧6h得到氧化镁。
将得到的氧化镁用15％载体质量的硝酸镧溶液浸渍10h，并110℃干燥5h、558℃焙烧5h得到改性负载型氧化镁催化剂。
实施例4：
取100g的γ-Al2O3载体(还可以是SiO2、ZSM-5、活性炭或硅藻土)，加入适量去离子水(以全部浸润载体量为宜)，边搅拌边加入20g的质量分数为20％的硝酸镁水溶液，用10％氢氧化钠水溶液调节pH至8～9，生产氢氧化镁沉淀。将氢氧化镁沉淀浸渍12h后过滤得到滤饼，并对滤饼进行清洗、110℃干燥5h、550℃焙烧5h得到氧化镁。
将得到的氧化镁用15％载体质量的硝酸镧溶液浸渍12h，并110℃干燥5h、550℃焙烧5h得到改性负载型氧化镁催化剂。
单甘酯含量的测定：采用GB/T 22328-2008方法测定单甘酯的含量。
单甘酯选择性测定：单甘酯质量/(单甘酯、二甘酯、三甘酯的总质量)
实施例5：
在固定床反应器中加入0.5份实施例1的改性负载型氧化镁催化剂；将预热融化的85份氢化油脂和17份甘油通入固定床反应器中进行反应，升高温度至200℃，反应时间为60min，通入氮气，调节氮气流速为30ml/min；反应结束后收集反应液并分离得到单甘酯。测得单甘酯的选择性为60.8％。(反应时间为120min时，单甘酯的选择性为62.1％)。
实施例6：
在固定床反应器中加入0.4份实施例1的改性负载型氧化镁催化剂；将预热融化的92份氢化油脂和15份甘油通入固定床反应器中进行反应，升高温度至197℃，反应时间为65min，通入氮气，调节氮气流速为50ml/min；反应结束后收集反应液并分离得到单甘酯。测得单甘酯的选择性为60.2％。
实施例7：
在固定床反应器中加入0.5份实施例1的改性负载型氧化镁催化剂；将预热融化的85份氢化油脂和18份甘油通入固定床反应器中进行反应，升高温度至200℃，反应时间为120min，通入氮气，调节氮气流速为100ml/min；反应结束后收集反应液并分离得到单甘酯。测得单甘酯的选择性为62.2％。
实施例8：
在固定床反应器中加入0.7实施例1的改性负载型氧化镁催化剂；将预热融化的82份氢化油脂和15份甘油通入固定床反应器中进行反应，升高温度至200℃，反应时间为120min，通入氮气，调节氮气流速为50ml/min；反应结束后收集反应液并分离得到单甘酯。测得单甘酯的选择性为62.3％。
实施例9：
在固定床反应器中加入0.6实施例1的改性负载型氧化镁催化剂；将预热融化的94份氢化油脂和19份甘油通入固定床反应器中进行反应，升高温度至208℃，反应时间为85min，通入氮气，调节氮气流速为80ml/min；反应结束后收集反应液并分离得到单甘酯。测得单甘酯的选择性为61.3％。
对比例1：
与实施例5的区别在于，未使用催化剂。
反应时间为1h时，测得单甘酯的选择性为22.4％。
反应时间为2h时，测得单甘酯的选择性为25.9％。
对比例2：
与实施例5的区别在于，未使用催化剂，反应温度为220摄氏度。
反应时间为1h时，测得单甘酯的选择性为26.1％。
反应时间为2h时，测得单甘酯的选择性为30.5％。
对比例3：
与实施例5的区别在于，未使用催化剂，反应温度为240摄氏度。
反应时间为1h时，测得单甘酯的选择性为34.6％。
反应时间为3h时，测得单甘酯的选择性为40.8％。
对比例4：
与实施例5的区别在于，用0.1份氢氧化钠替代改性负载型氧化镁催化剂。
反应时间为1h时，测得单甘酯的选择性为29.7％。
反应时间为2h时，测得单甘酯的选择性为33.5％。
对比例5：
与实施例5的区别在于，用0.1份氢氧化钠替代改性负载型氧化镁催化剂，反应温度为220℃。
反应时间为1h时，测得单甘酯的选择性为37.2％。
反应时间为2h时，测得单甘酯的选择性为44.4％。
对比例6：
与实施例5的区别在于，用0.5份氢氧化钠替代改性负载型氧化镁催化剂。
反应时间为1h时，测得单甘酯的选择性为32.7％。
反应时间为2h时，测得单甘酯的选择性为36.1％。
对比例7：
与实施例5的区别在于，用0.5份氢氧化钠替代改性负载型氧化镁催化剂，反应温度为220℃
反应时间为1h时，测得单甘酯的选择性为39.9％。
反应时间为2h时，测得单甘酯的选择性为45.8％。
对比例8：
与实施例5的区别在于，用0.5份未经改性的负载型氧化镁催化剂替代改性负载型氧化镁催化剂，反应温度为200℃
反应时间为1h时，测得单甘酯的选择性为49.6％。
反应时间为2h时，测得单甘酯的选择性为50.1％。
对比例9：
与实施例5的区别在于，用0.5份未经改性的负载型氧化镁催化剂替代改性负载型氧化镁催化剂，反应温度为200℃
反应时间为1h时，测得单甘酯的选择性为54.5％。
反应时间为2h时，测得单甘酯的选择性为55.8％。
将实施例5-9与对比例1-9的实验数据对比可得，本发明采用负载型氧化镁催化剂，并加入铈盐或镧盐进行改性，单甘酯的选择性由现有技术的40％提升至60％以上，反应温度由220℃降低至200℃，节约能耗，节省成本。
以上所述仅是对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.改性负载型氧化镁催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，将载体用去离子水浸润，边搅拌边加入硝酸镁水溶液，用氢氧化钠溶液调节溶液pH，生成氢氧化镁沉淀；浸渍过滤得到滤饼，并对滤饼进行清洗、干燥、焙烧得到氧化镁；
S2，将得到的氧化镁用铈盐或镧盐浸渍，浸渍完成后清洗、干燥、焙烧，得到改性氧化镁催化剂；
所述载体为γ-Al2O3、SiO2、ZSM-5分子筛、活性炭或硅藻土；
所述硝酸镁水溶液的质量分数为16～23％，加入硝酸镁水溶液的质量为载体质量的10～25％；
所述铈盐或镧盐均为质量分数15～25％的硝酸盐溶液，上述硝酸盐溶液的加入量为载体质量的5～25％。
2.如权利要求1所述的改性负载型氧化镁催化剂的制备方法，其特征在于，所述氢氧化钠溶液的质量分数为5～15％，调节溶液pH至8～9。
3.如权利要求1所述的改性负载型氧化镁催化剂的制备方法，其特征在于，所述S1和S2中，浸渍时间均不低于10h，干燥温度为110℃以上，干燥时间为4～6h，焙烧温度为550℃以上，焙烧时间为4～6h。
4.单甘酯生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S11，在固定床反应器中加入权利要求1-3任一项所述的制备方法得到的改性负载型氧化镁催化剂，
S12，将预热融化的氢化油脂和甘油通入固定床反应器中进行反应，升高温度，通入氮气，调节氮气流速30-100ml/min；
S13，反应结束后收集反应液并分离得到单甘酯。
5.如权利要求4所述的单甘酯生产工艺，其特征在于，步骤S2的反应温度190～210℃。
6.如权利要求4所述的单甘酯生产工艺，其特征在于，步骤S2的反应时间为50～130min。
7.如权利要求4所述的单甘酯生产工艺，其特征在于，步骤S3的分离方法为分子蒸馏法。
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