CN102872911A - 一种离子液体催化剂及脂肪酸制备方法 - Google Patents

一种离子液体催化剂及脂肪酸制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种离子液体催化剂及脂肪酸制备方法，离子液体催化剂包括由含氮杂环化合物阳离子与无机或有机阴离子构成的盐；脂肪酸制备方法使用上述离子液体催化剂制备脂肪酸，包括原料油水解催化反应、静置分层、分离、减压蒸馏等步骤。本发明的离子液体催化剂具有合成简单、成本低廉、对设备腐蚀性低、选择性高、催化效率高、可循环使用，并可提高油水混合度，加快反应速度，缩短反应时间，可大大降低制备脂肪酸的生产成本；脂肪酸制备方法具有工艺简单、反应温度低、能耗低、反应用水量少、反应时间短等优点，大大降低了脂肪酸生产制造成本，同时无废水产生，无废水治理费用，更环保；且反应得到的甘油含水量少，大幅度降低甘油的提纯成本。

Description

一种离子液体催化剂及脂肪酸制备方法
技术领域
本发明涉及一种离子液体催化剂，还涉及使用离子液体催化剂制备脂肪酸的方法，。特别是涉及以动植物油脂、油脚酸化油、餐饮废油等为原料，以复合酸性离子液体为催化剂和反应介质，进行水解反应制备脂肪酸的方法。
背景技术
脂肪酸主要来源于天然动植物油脂，动植物油脂是由不同的三甘油脂混合组成，油脂通过水解制成脂肪酸。脂肪酸是重要的化工原料，可广泛用于表面活性剂、洗涤用品、化妆品、涂料、橡胶及其他化工行业。
目前，脂肪酸的制备方法有传统酸催化水解法、高温高压水解法等。其中，传统酸催化水解法具有反应温度低的优点，但是传统酸催化剂对设备的腐蚀性强，反应时间较长，生产过程产生大量的酸性废水，不仅生产周期长，而且还需要对大量酸性废水进行处理，导致生产成本高。高温高压水解法存在能耗高、耗水量大、甘油回收成本高、废水排量大、废水处理量大等缺点，生产成本也很高。
发明内容
本发明要解决的技术问题之一在于，提供一种离子液体催化剂，克服现有酸催化水解制备脂肪酸的方法中酸催化剂对设备的腐蚀性强、反应时间长、酸性废水量大等缺陷，降低制备脂肪酸的生产成本。
本发明要解决的技术问题之二在于，提供一种脂肪酸制备方法，克服现有脂肪酸制备方法生产成本高的缺陷。
本发明解决其技术问题之一所采用的技术方案是：提供一种离子液体催化剂，其特征在于，包括由含氮杂环化合物阳离子与无机或有机阴离子构成的盐。
在本发明的离子液体催化剂中，包括与由含氮杂环化合物阳离子与无机或有机阴离子构成的盐混合的有机酸和/或无机酸。
在本发明的离子液体催化剂中，所述含氮杂环化合物阳离子为磺酸基功能化烷基吡啶阳离子、磺酸基功能化的1，3－二烷基咪唑阳离子、磺酸基功能化的吡咯酮阳离子和磺酸基功能化的烷基胺盐阳离子之一或其组合，所述磺酸基功能化烷基吡啶阳离子、磺酸基功能化的1，3－二烷基咪唑阳离子、磺酸基功能化的吡咯酮阳离子和磺酸基功能化的烷基胺盐阳离子的结构通式依次为：
Figure BDA00002293106700021
其中n＝2～8，R为C1～C2。X-为阴离子。
在本发明的离子液体催化剂中，所述阴离子为氯离子、氟硼酸根、硫酸氢根、对甲苯磺酸根或三氟甲磺酸根负离子之一。
本发明解决其技术问题之二所采用的技术方案是：提供一种脂肪酸制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、原料油水解催化反应：将原料油加入反应器，搅拌加入水，油、水摩尔比为1：1.2～1：3，搅拌加入离子液体催化剂，原料油与离子液体催化剂的摩尔比为1：0.1～1：0.3，加热到100~180℃，反应2～4小时；
S2、静置分层：反应结束后，静置1～2小时；
S3、分离：排出水、催化剂与甘油混合层，得到粗脂肪酸；
根据脂肪酸转化率要求重复步骤S1～S3，得到满意的脂肪酸转化率；
S4、减压蒸馏：将粗脂肪酸减压蒸馏，得到成品脂肪酸；
所述离子液体催化剂包括由含氮杂环化合物阳离子与无机或有机阴离子构成的盐。
在本发明的脂肪酸制备方法中，在步骤S4之后，包括将甘油与催化剂分离的步骤S5，得到粗甘油和离子液体催化剂。
在本发明的脂肪酸制备方法中，在步骤S5之后，包括将粗甘油减压蒸馏，得到高纯度甘油的步骤。
在本发明的脂肪酸制备方法中，所述原料油为小桐子油、棕榈油、棉籽油、大豆油、菜籽油、猪油、牛油、大豆酸化油、菜籽酸化油、棕榈酸化油、棉籽酯化油之一或其组合，或者为潲水油、地沟油之一或其组合。
实施本发明的离子液体催化剂及脂肪酸制备方法，与现有技术比较，其有益效果是：
1．本发明的离子液体催化剂具有合成简单、成本低廉、对设备腐蚀性低、选择性高、催化效率高等优点并循环使用，可大大降低制备脂肪酸的生产成本；
2．离子液体催化剂在水解过程中，除了起到催化作用外，还作为溶剂大幅度提高油水的混合度，反应速度大幅度增加，缩短反应时间；
3．本发明的脂肪酸制备方法具有工艺简单、反应温度低、能耗低、反应用水量少、反应时间短等优点，大大降低了脂肪酸生产制造成本，同时无废水产生，无废水治理费用，更环保；
4．本发明的脂肪酸制备方法反应得到的甘油含水量少，大幅度降低甘油的提纯成本。
附图说明
图1是本发明脂肪酸制备方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
本发明的离子液体催化剂包括由含氮杂环化合物阳离子与无机或有机阴离子构成的盐。在由含氮杂环化合物阳离子与无机或有机阴离子构成的盐的基础上，还可加入有机酸或无机酸、或加入有机酸和无机酸构成本发明的离子液体催化剂。
含氮杂环化合物阳离子可采用包括但不限于：磺酸基功能化烷基吡啶阳离子、磺酸基功能化的1，3－二烷基咪唑阳离子、磺酸基功能化的吡咯酮阳离子和磺酸基功能化的烷基胺盐阳离子之一或它们的组合。其中
磺酸基功能化烷基吡啶阳离子的结构通式为：
Figure BDA00002293106700041
磺酸基功能化的1，3－二烷基咪唑阳离子结构通式为：
磺酸基功能化的吡咯酮阳离子的结构通式为：
磺酸基功能化的烷基胺盐阳离子的结构通式为：
Figure BDA00002293106700044
在上述含氮杂环化合物阳离子的结构通式中，n＝2～8，R为C1～C2，X为阴离子，阴离子为氯离子、氟硼酸根、硫酸氢根、对甲苯磺酸根或三氟甲磺酸根负离子之一。
如图1所示，在本发明的脂肪酸制备方法包括原料油水解催化反应、静置分层、分离和减压蒸馏等步骤，具体见以下实施例。
上述原料油可采用小桐子油、棕榈油、棉籽油、大豆油、菜籽油、猪油、牛油、大豆酸化油、菜籽酸化油、棕榈酸化油、棉籽酯化油之一或它们的组合，也可采用潲水油、地沟油之一或它们的组合。
实施例一，用小桐子油制备脂肪酸：
1、原料油水解催化反应
将200g小桐子油加入反应器，按油水的摩尔比为1：1.2～1：3（在其他实施例中，油水摩尔比可取1：1.5～1：2.5，下同），搅拌加入24g水；按油与离子液体催化剂的摩尔比1：0.1～1：0.3（在其他实施例中，油与离子液体催化剂的摩尔比可取1：0.15～1：0.25，下同），搅拌加入本发明的上述离子液体催化剂30g，加热到100～180℃（在其他实施例中，加入温度可控制在120～160℃，下同），反应2～4小时（在其他实施例中，反应时间可控制在2.5～3.5小时，下同）。
2、静置分层
反应结束后，静置分层，静置时间为1～2小时（在其他实施例中，静置时间可控制在1.2～1.8小时，下同）。
3、分离
上层为粗脂肪酸。排出下层的水、催化剂和甘油混合层，得到粗脂肪酸。
根据期望达到的脂肪酸转化率，按上述步骤1～3重复进行，可提高脂肪酸转化率。粗脂肪酸按上述步骤1～3进行第二次反应，脂肪酸转化率可达98%。
4、减压蒸馏
将粗脂肪酸进行减压蒸馏，得到成品脂肪酸。
5、甘油与催化剂分离
将上述步骤3分离出的甘油、催化剂混合物进行分离，得到粗甘油和离子液体催化剂。离子液体催化剂可重复使用。
6、甘油提纯
将上述粗甘油脱水通过减压蒸馏提纯，得到高纯度的甘油。
在其他实施例中，不进行步骤5、6，不影响本发明目的的实现，下同。
实施例二，用棉籽油制备脂肪酸：
1、原料油水解催化反应
将200g棉籽油加入反应器，按油水的摩尔比为1：1.2～1：3，搅拌加入18g水，按油与离子液体催化剂的摩尔比1：0.1～1：0.3，搅拌加入20g离子液体催化剂，加热到100~180℃，反应2～4小时。
2、静置分层
反应结束后，静置分层，静置时间为1～2小时。
3、分离
上层为粗脂肪酸。排出下层的水、催化剂和甘油混合层，得到粗脂肪酸。
根据期望达到的脂肪酸转化率，按上述步骤1～3重复进行，可提高脂肪酸转化率。粗脂肪酸按上述步骤1～3进行第二次反应，脂肪酸转化率可达96%。
4、减压蒸馏
将粗脂肪酸进行减压蒸馏，得到成品脂肪酸。
5、甘油与催化剂分离
将上述步骤3分离出的甘油、催化剂混合物进行分离，得到粗甘油和离子液体催化剂。离子液体催化剂可重复使用。
6、甘油提纯
将上述粗甘油脱水通过减压蒸馏提纯，得到高纯度的甘油。
实施例三，用棕榈油制备脂肪酸：
1、原料油水解催化反应
将200g棕榈油加入反应器，按油水的摩尔比为1：1.2～1：3，搅拌加入30g水，按油与离子液体催化剂的摩尔比1：0.1～1：0.3，搅拌加入40g离子液体催化剂，加热到100～180℃，反应2～4小时。
2、静置分层
反应结束后，静置分层，静置时间为1～2小时。
3、分离
上层为粗脂肪酸。排出下层的水、催化剂和甘油混合层，得到粗脂肪酸。
根据期望达到的脂肪酸转化率，按上述步骤1～3重复进行，可提高脂肪酸转化率。粗脂肪酸按上述步骤1～3进行第二次反应，脂肪酸转化率可达98.5%。
4、减压蒸馏
将粗脂肪酸进行减压蒸馏，得到成品脂肪酸。
5、甘油与催化剂分离
将上述步骤3分离出的甘油、催化剂混合物进行分离，得到粗甘油和离子液体催化剂。离子液体催化剂可重复使用。
6、甘油提纯
将上述粗甘油脱水通过减压蒸馏提纯，得到高纯度的甘油。

Claims (8)

1.一种离子液体催化剂，其特征在于，包括由含氮杂环化合物阳离子与无机或有机阴离子构成的盐。
2.如权利要求1所述的离子液体催化剂，其特征在于，包括与由含氮杂环化合物阳离子与无机或有机阴离子构成的盐混合的有机酸和/或无机酸。
3.如权利要求1或2所述的离子液体催化剂，其特征在于，所述含氮杂环化合物阳离子为磺酸基功能化烷基吡啶阳离子、磺酸基功能化的1，3－二烷基咪唑阳离子、磺酸基功能化的吡咯酮阳离子和磺酸基功能化的烷基胺盐阳离子之一或其组合，所述磺酸基功能化烷基吡啶阳离子、磺酸基功能化的1，3－二烷基咪唑阳离子、磺酸基功能化的吡咯酮阳离子和磺酸基功能化的烷基胺盐阳离子的结构通式依次为：
Figure FDA00002293106600011
其中n＝2～8，R为C1～C2。X－为阴离子。
4.如权利要求3所述的离子液体催化剂，其特征在于，所述阴离子为氯离子、氟硼酸根、硫酸氢根、对甲苯磺酸根或三氟甲磺酸根负离子之一。
5.一种脂肪酸制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、原料油水解催化反应：将原料油加入反应器，搅拌加入水，油、水摩尔比为1：1.2～1：3，搅拌加入离子液体催化剂，原料油与离子液体催化剂的摩尔比为1：0.1～1：0.3，加热到100~180℃，反应2～4小时；
S2、静置分层：反应结束后，静置1～2小时；
S3、分离：排出水、催化剂与甘油混合层，得到粗脂肪酸
根据脂肪酸转化率要求重复步骤S 1～S3，得到满意的脂肪酸转化率；
S4、减压蒸馏：将粗脂肪酸减压蒸馏，得到成品脂肪酸；
所述离子液体催化剂包括由含氮杂环化合物阳离子与无机或有机阴离子构成的盐。
6.如权利要求5所述的脂肪酸制备方法，其特征在于，在步骤S4之后，包括将甘油与催化剂分离的步骤S5，得到粗甘油和离子液体催化剂。
7.如权利要求6所述的脂肪酸制备方法，其特征在于，在步骤S5之后，包括将粗甘油减压蒸馏，得到高纯度甘油的步骤。
8.如权利要求5至7之一所述的脂肪酸制备方法，其特征在于，所述原料油为小桐子油、棕榈油、棉籽油、大豆油、菜籽油、猪油、牛油、大豆酸化油、菜籽酸化油、棕榈酸化油、棉籽酯化油之一或其组合，或者为潲水油、地沟油之一或其组合。
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