CN101985104B - 一种用于地沟油制备生物柴油的催化剂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于地沟油制备生物柴油的催化剂，制得的该催化剂由硝酸钾浸渍在膨润土上，硝酸钾和膨润土的用量比例为：硝酸钾体积：膨润土质量=1：1；粒度为150μm-250μm。制备方法是取硝酸钾和膨润土，按硝酸钾体积和膨润土质量比例为1：1混合，搅拌均匀后，放入烘箱调节温度到115℃，干燥5h过后取出，将催化剂颗粒进行研磨过筛使其粒度在150μm-250μm，放入马沸炉在600℃条件下焙烧6h，自然冷却，得到用于地沟油制备生物柴油的催化剂。采用该催化剂催化效果高，产物和催化剂分离便利，不会污染环境。
Description
技术领域
本技术属于化工技术领域，涉及一种催化剂，特别涉及一种用于地沟油制备生物柴油的催化剂，该催化剂能够提高地沟油制备生物柴油过程中酯交换反应的速率，提高转化率，反应结束后可以简单的分离出催化剂，减少反应流程。
背景技术
石油储量的减少而对能源的需求却持续增长，以及化石燃料所引起的环境污染等等一系列问题，开发新型的、环境无害的、可再生能源是解决未来能源问题的主导思路。
地沟油实际上是一个泛指的概念，是人们在生活中对于各类劣质油的统称。地沟油可分为三类：一是狭义的地沟油，即将下水道中的油腻漂浮物或者将宾馆、酒楼的剩饭、剩菜（通称泔水）经过简单加工、提炼出的油；二是劣质猪肉、猪内脏、猪皮加工以及提炼后产出的油；三是用于油炸食品的油使用次数超过一定次数后，再被重复使用或往其中添加一些新油后重新使用的油。据统计，我国每年产生的地沟油就达到千万吨以上。
随着科技的发展，地沟油回收后用作生产生物柴油的原料，不仅可以减少地沟油对人民群众身体健康的危害，保障食品卫生安全，还可以实现餐厨垃圾的资源化利用，有效解决目前存在的能源短缺问题。
而生物柴油作为一种新型的、环境无害的、可再生的能源，很合适用来解决现今的能源危机问题，生物柴油较目前普遍使用的石油柴油，更高效环保。据有关资料报道，在0号柴油之中，若以10％的比例添加生物柴油，那么汽车在行驶同样里程之后，所排放出的污染气体比不添加生物柴油时减少50％左右。此外，燃用生物柴油的车辆尾气中有毒有机物和二氧化碳、二氧化硫的排放量仅为石油柴油的十分之一，颗粒物只有石油柴油的五分之一，而且生物柴油没有铅及有毒物质的排放。虽然目前国内用地沟油生产生物柴油的相关技术水平已有很大提高，但都没有形成规模化生产。而在制备生物柴油的现行方法中，液态催化剂与反应后液相体系混为一相，这样导致了催化剂难分离。这种现象会导致废液污染或者增加整体反应流程。从经济角度和环境保护角度考虑都是需要改善的方面。
酯交换反应为生物柴油制备中关键一步，催化剂的使用可以大大提高酯交换反应速率和效率。现行大量使用的液态催化剂与酯交换反应后液相体系混为一相，导致了催化剂难以分离，进而导致废液污染，增加整体反应流程。因此，研究开发用于地沟油制备生物柴油的催化剂，是本领域技术人员关注的热点。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种用于地沟油制备生物柴油的催化剂，该催化剂可以提高酯交换反应的速率和效率。
为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案:
一种用于地沟油制备生物柴油的催化剂，其特征在于，制得的该催化剂由硝酸钾浸渍在膨润土上，硝酸钾和膨润土的用量比例为：硝酸钾体积：膨润土质量=1：1；粒度为150μm-250μm。
上述于地沟油制备生物柴油的催化剂的制备，采用浸渍法制备，浸渍法是一种制造固体催化剂的常用方法，即将一种或几种活性成分通过浸渍载体负载在载体上的方法。本发明使用不同盐类的水溶液接触载体膨润土，使盐类溶液吸附或贮存在载体微结构中，除去过剩的溶液，再经干燥、煅烧和活化制得催化剂。
具体制备方法是，按硝酸钾体积（ml）和膨润土质量（g）的比例为1：1混合，搅拌均匀后，放入烘箱调节温度到115℃，干燥5h过后取出，将催化剂颗粒进行研磨过筛使其粒度在150μm-250μm，放入马沸炉在600℃条件下焙烧6h，自然冷却，取样研磨密封保存。
本发明的用于地沟油制备生物柴油的催化剂有以下特点：
（1）使用便捷。在常压60℃的条件下使用效果佳。
（2）环保，易分离。酯交换反应结束后，产物和催化剂分离便利，不会污染环境。
（3）催化效果高。按一般反应条件可使得酯转化率达到90%以上。
附图说明
图1为采用本发明的用于地沟油制备生物柴油的催化剂制备生物柴油的反应流程图。
图2为酯交换反应装置图。
图3为焙烧时间对转化率的影响关系图。
图4为催化剂颗粒大小对转化率的影响关系图。
图5为焙烧温度对转化率的影响关系图。
图6为醇油比对转化率的关系。
图7为催化剂加入量与转化率的关系图。
图8为反应时间与转化率的关系图。
图9为反应温度与转化率的关系图。
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
具体实施方式
采用合适的催化剂可以催化酯交换反应，提高转化的速率和效率，申请人从酯交换反应速率方面入手可以分为酸碱两大类催化剂；从产物的分离试验角度又可以将催化剂分为均相催化剂与非均相催化剂。
通过参考大量文献资料，本发明根据酯交换反应催化原理选择出若干种可用于催化酯交换反应的催化剂，后遴选出催化性能优秀的种类重复试验，再在遴选的结果上对该催化剂实际效果做出相关研究，得到本发明的用于地沟油制备生物柴油的催化剂。
1、催化剂的制造
将硝酸钾与膨润土按质量以1ml/g比例混合，搅拌均匀后，放入烘箱调节温度到115℃干燥5h过后取出，将催化剂颗粒进行研磨、过筛，使其粒度处于150μm-250μm，放入马沸炉在600℃焙烧6h，自然冷却，取样研磨密封保存，得到酸钾负载膨润土的催化剂。
图3～图5分别反应了制备催化剂的焙烧时间、催化剂颗粒大小、焙烧温度影响因素对产物多少的关系。
2．催化原理
本发明的用于地沟油制备生物柴油的催化剂，其催化的酯交换反应机理为：第一步反应液中碱与甲醇分子形成过渡态，然后夺取甲醇上的一个质子形成烷氧基负离子。第二步反应中烷氧基负离子作为亲核试剂进攻甘油三酯中的某个碳氧单键，取代下来相应的羧酸甲酯。其催化反应式如下：
以下是发明人给出采用本发明的催化剂制备生物柴油的例子。
1、制备生物柴油的流程
参见图1，生物柴油制备的整体过程是使地沟油中的主要成分甘油三酯转化为羧酸甲酯，全部流程基本可以分为四大块：酯交换反应来使得甘油三酯转化为羧酸甲酯；分离催化剂并干燥回收；蒸馏回收过量甲醇；减压蒸馏分离生物柴油和甘油。
2、酯交换反应
如图2所示，取若干地沟油，放入三口烧瓶中，三口烧瓶上有温度计和铁架台支撑的冷凝器，三口烧瓶上方有搅拌机，然后将三口烧瓶放置在水浴锅内。在地沟油中加入甲醇，其醇油摩尔比1：10左右，同时加入地沟油质量2%的上述制备的硝酸钾负载膨润土的催化剂，以水浴锅加热到60℃并搅拌，冷凝回流4小时进行酯交换反应，蒸馏回收过量甲醇，得到生物柴油及其甘油，分离催化剂并干燥回收，然后用减压蒸馏法分离甘油，即可得到生物柴油。
上面所介绍的在硝酸钾负载膨润土的催化反应工艺的四个影响因素与生物柴油转化率的相关图如图7、图8、图9所示。
3、产物与催化剂的分离
产物为液相状态，催化剂为固体颗粒。使用抽滤装置分离或者蒸馏装置都可以分离催化剂。考虑到能耗问题，建议使用抽滤装置分离产物和催化剂。又由于所制得催化剂密度大于产物生物柴油，甚至可以使用倾倒液体的方式来分离产物和催化剂，而不像目前行业中直接排放催化剂。
Claims (2)
1.一种用于地沟油制备生物柴油的催化剂，其特征在于，制得的该催化剂由硝酸钾浸渍在膨润土上，硝酸钾和膨润土的用量比例为：硝酸钾体积：膨润土质量=1：1；其中，硝酸钾体积单位为ml，膨润土质量单位为g，催化剂的粒度为150μm-250μm。
2.权利要求1所述的用于地沟油制备生物柴油的催化剂的制备方法，其特征在于，取硝酸钾和膨润土，按硝酸钾体积和膨润土质量比例为1：1混合，其中，硝酸钾体积单位为ml，膨润土质量单位为g，搅拌均匀后，放入烘箱调节温度到115℃，干燥5h过后取出，将催化剂颗粒进行研磨过筛使其粒度在150μm-250μm，放入马沸炉在600℃条件下焙烧6h，自然冷却，得到用于地沟油制备生物柴油的催化剂。
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