CN103878008A - 一种催化酯交换反应用固体碱催化剂的制备方法及应用 - Google Patents

一种催化酯交换反应用固体碱催化剂的制备方法及应用 Download PDF

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一种催化酯交换反应用固体碱催化剂的制备方法及应用，涉及一种固体碱催化剂的制备方法及应用。是要解决现有的催化剂催化酯交换反应温度高的问题。方法：一、称取KF·2H2O和La2O2CO3，加入蒸馏水，水浴搅拌，得到悬浊液；二、将悬浊液干燥，再煅烧，即得到KF/La2O2CO3催化剂。该固体碱催化剂用于催化三丁酸甘油酯与甲醇酯交换生成丁酸甲酯。制备的催化剂在室温下就能催化三丁酸甘油酯与甲醇酯交换生成丁酸甲酯。本发明应用于甘油酯与醇的酯交换反应领域。

Description

一种催化酯交换反应用固体碱催化剂的制备方法及应用
技术领域
本发明涉及一种固体碱催化剂的制备方法及应用。
背景技术
催化酯交换反应是制备生物柴油最主要的方法。各种类型的催化剂中，固体碱催化剂因其具有腐蚀性小、易分离、反应速率快、可重复使用等优点，近些年来受到了广大学者的青睐，如碱土金属氧化物（CaO，SrO和BaO）、过渡金属氧化物（ZnO，TiO2和ZrO2）、复合金属氧化物催化剂（CaMnO3、Ca2Fe2O5、CaCeO3、和CaZrO3等）、水滑石以及各种载体负载KI、KF和KOH等。但这些催化剂仍存在反应温度高（无法在室温下催化酯交换反应），比表面积小，活性位利用率低等缺点。因此，研究制备具有高活性和稳定性的固体碱催化剂具有重要的理论和实际意义。
发明内容
本发明是要解决现有的催化剂催化酯交换反应温度高的问题，提供一种催化酯交换反应用固体碱催化剂的制备方法及应用。
本发明催化酯交换反应用固体碱催化剂的制备方法，按以下步骤进行：
一、称取KF·2H2O和La2O2CO3，混合后放到聚四氟烧杯中，再向烧杯中加入蒸馏水，在温度为303～323的条件下水浴搅拌6～12h，得到悬浊液，其中KF·2H2O和La2O2CO3的质量比为0.1～0.25:1，蒸馏水与La2O2CO3的质量比为80～150:1；
二、将步骤一获得的悬浊液放到干燥箱，在温度为353～393K条件下干燥，得到固体样品，再把固体样品放到马弗炉中，在温度为623～773K下煅烧2～6h，即得到KF/La2O2CO3催化剂。
步骤一中La2O2CO3的制备方法为：将43.3gLa（NO3）3·6H2O、240.24g尿素和1000mL去离子水混合，将混合溶液加热至353K，并保持10h，得悬浊液；将悬浊液冷却至室温，然后进行离心分离，所得沉淀用去离子水洗涤3次后，于363K温度下干燥4h，随后在773K温度下煅烧3h，得到La2O2CO3载体。
上述固体碱催化剂用于催化三丁酸甘油酯与甲醇酯交换生成丁酸甲酯，具体步骤如下：
在配备恒温回流装置和磁力搅拌装置的二颈反应瓶中，依次加入KF/La2O2CO3催化剂、甲醇和三丁酸甘油酯，KF/La2O2CO3催化剂与三丁酸甘油酯的质量比为0.02～0.05:1，甲醇与三丁酸甘油酯的物质的量比为20～36:1，在反应温度为298～338K下搅拌反应60～120分钟，反应结束后冷却至室温。
本发明的有益效果：
本发明固体碱催化剂的制备方法简单，原料易得，成本低，操作容易。而且制备的催化剂在室温下就能催化三丁酸甘油酯与甲醇酯交换生成丁酸甲酯，该催化剂在338K可二次重复使用。
本发明固体碱催化剂用于催化三丁酸甘油酯与甲醇酯交换生成丁酸甲酯的反应效果好，三丁酸甘油酯的转化率为85%～100%，丁酸甲酯的收率为80%～100%。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式催化酯交换反应用固体碱催化剂的制备方法，按以下步骤进行：
一、称取KF·2H2O和La2O2CO3，混合后放到聚四氟烧杯中，再向烧杯中加入蒸馏水，在温度为303～323K的条件下水浴搅拌6～12h，得到悬浊液，其中KF·2H2O和La2O2CO3的质量比为0.1～0.25:1，蒸馏水与La2O2CO3的质量比为80～150:1；
二、将步骤一获得的悬浊液放到干燥箱，在温度为353～393K条件下干燥，得到固体样品，再把固体样品放到马弗炉中，在温度为623～773K下煅烧2～6h，即得到KF/La2O2CO3催化剂。
步骤一中La2O2CO3的制备方法为：将43.3gLa（NO3）3·6H2O、240.24g尿素和1000mL去离子水混合，将混合溶液加热至353K，并保持10h，得悬浊液；将悬浊液冷却至室温，然后进行离心分离，所得沉淀用去离子水洗涤3次后，于363K温度下干燥4h，随后在773K温度下煅烧3h，得到La2O2CO3载体。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中在温度为313K的条件下水浴搅拌9h。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一中KF·2H2O和La2O2CO3的质量比为0.2:1。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤一中蒸馏水与La2O2CO3的质量比为90～140:1。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤一中蒸馏水与La2O2CO3的质量比为100～130:1。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式六：具体实施方式一所述固体碱催化剂用于催化三丁酸甘油酯与甲醇酯交换生成丁酸甲酯，具体步骤如下：
在配备恒温回流装置和磁力搅拌装置的二颈反应瓶中，依次加入KF/La2O2CO3催化剂、甲醇和三丁酸甘油酯，KF/La2O2CO3催化剂与三丁酸甘油酯的质量比为0.02～0.05:1，甲醇与三丁酸甘油酯的物质的量比为20～36:1，在反应温度为298～338K下搅拌反应60～120分钟，反应结束后冷却至室温。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式六不同的是：KF/La2O2CO3催化剂与三丁酸甘油酯的质量比为0.03～0.04:1。其它与具体实施方式六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式六或七不同的是：甲醇与三丁酸甘油酯的物质的量比为25～30:1。其它与具体实施方式六或七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式六至八之一不同的是：反应温度为318K下搅拌反应90分钟。其它与具体实施方式六至八之一相同。
实施例1：
本实施例催化酯交换反应用固体碱催化剂的制备方法，按以下步骤进行：
一、称取3gKF·2H2O和12gLa2O2CO3，混合后放到聚四氟烧杯中，再向烧杯中加入1200g蒸馏水，在温度为303K的条件下水浴搅拌12h，得到悬浊液；
二、将步骤一获得的悬浊液放到干燥箱，在温度为373K条件下干燥，得到固体样品，再把固体样品放到马弗炉中，在温度为773K下煅烧4h，即得到KF/La2O2CO3催化剂。
步骤一中La2O2CO3的制备方法为：将43.3gLa（NO3）3·6H2O、240.24g尿素和1000mL去离子水混合，将混合溶液加热至353K，并保持10h，得悬浊液；将悬浊液冷却至室温，然后进行离心分离，所得沉淀用去离子水洗涤3次后，于363K温度下干燥4h，随后在773K温度下煅烧3h，得到La2O2CO3载体。
本实施例制备的固体碱催化剂用于催化三丁酸甘油酯与甲醇酯交换生成丁酸甲酯，具体步骤如下：在配备恒温回流装置和磁力搅拌装置的二颈反应瓶中，依次加入30mgKF/La2O2CO3催化剂、3.18g甲醇和1g三丁酸甘油酯，在反应温度为298K下搅拌反应60分钟，反应结束后冷却至室温。
向反应产物中加入环己酮作为标准物质，混合液经离心、过滤分离后，对滤液进行气相色谱分析，得三丁酸甘油酯的转化率为99%，丁酸甲酯的收率为88%。
实施例2：
本实施例催化酯交换反应用固体碱催化剂的制备方法，按以下步骤进行：
一、称取2.4gKF·2H2O和12gLa2O2CO3，混合后放到聚四氟烧杯中，再向烧杯中加入1000g蒸馏水，在温度为303K的条件下水浴搅拌12h，得到悬浊液；
二、将步骤一获得的悬浊液放到干燥箱，在温度为373K条件下干燥，得到固体样品，再把固体样品放到马弗炉中，在温度为773K下煅烧4h，即得到KF/La2O2CO3催化剂。
步骤一中La2O2CO3的制备方法为：将43.3gLa（NO3）3·6H2O、240.24g尿素和1000mL去离子水混合，将混合溶液加热至353K，并保持10h，得悬浊液；将悬浊液冷却至室温，然后进行离心分离，所得沉淀用去离子水洗涤3次后，于363K温度下干燥4h，随后在773K温度下煅烧3h，得到La2O2CO3载体。
本实施例制备的固体碱催化剂用于催化三丁酸甘油酯与甲醇酯交换生成丁酸甲酯，具体步骤如下：在配备恒温回流装置和磁力搅拌装置的二颈反应瓶中，依次加入30mgKF/La2O2CO3催化剂、3.18g甲醇和1g三丁酸甘油酯，在反应温度为298K下搅拌反应90分钟，反应结束后冷却至室温。
向反应产物中加入环己酮作为标准物质，混合液经离心、过滤分离后，对滤液进行气相色谱分析，得三丁酸甘油酯的转化率为95%，丁酸甲酯的收率为83%。
实施例3：
本实施例催化酯交换反应用固体碱催化剂的制备方法，按以下步骤进行：
一、称取3gKF·2H2O和12gLa2O2CO3，混合后放到聚四氟烧杯中，再向烧杯中加入1200g蒸馏水，在温度为313K的条件下水浴搅拌12h，得到悬浊液；
二、将步骤一获得的悬浊液放到干燥箱，在温度为383K条件下干燥，得到固体样品，再把固体样品放到马弗炉中，在温度为723K下煅烧4h，即得到KF/La2O2CO3催化剂。
步骤一中La2O2CO3的制备方法为：将43.3gLa（NO3）3·6H2O、240.24g尿素和1000mL去离子水混合，将混合溶液加热至353K，并保持10h，得悬浊液；将悬浊液冷却至室温，然后进行离心分离，所得沉淀用去离子水洗涤3次后，于363K温度下干燥4h，随后在773K温度下煅烧3h，得到La2O2CO3载体。
本实施例制备的固体碱催化剂用于催化三丁酸甘油酯与甲醇酯交换生成丁酸甲酯，具体步骤如下：在配备恒温回流装置和磁力搅拌装置的二颈反应瓶中，依次加入30mgKF/La2O2CO3催化剂、3.18g甲醇和1g三丁酸甘油酯，在反应温度为298K下搅拌反应90分钟，反应结束后冷却至室温。
向反应产物中加入环己酮作为标准物质，混合液经离心、过滤分离后，对滤液进行气相色谱分析，得三丁酸甘油酯的转化率为96.3%，丁酸甲酯的收率为92.1%。

Claims (9)

1.一种催化酯交换反应用固体碱催化剂的制备方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：
一、称取KF·2H2O和La2O2CO3，混合后放到聚四氟烧杯中，再向烧杯中加入蒸馏水，在温度为303～323的条件下水浴搅拌6～12h，得到悬浊液，其中KF·2H2O和La2O2CO3的质量比为0.1～0.25:1，蒸馏水与La2O2CO3的质量比为80～150:1；
二、将步骤一获得的悬浊液放到干燥箱，在温度为353～393K条件下干燥，得到固体样品，再把固体样品放到马弗炉中，在温度为623～773K下煅烧2～6h，即得到KF/La2O2CO3催化剂。
2.根据权利要求1所述的一种催化酯交换反应用固体碱催化剂的制备方法，其特征在于步骤一中在温度为313K的条件下水浴搅拌9h。
3.根据权利要求1或2所述的一种催化酯交换反应用固体碱催化剂的制备方法，其特征在于步骤一中KF·2H2O和La2O2CO3的质量比为0.2:1。
4.根据权利要求3所述的一种催化酯交换反应用固体碱催化剂的制备方法，其特征在于步骤一中蒸馏水与La2O2CO3的质量比为90～140:1。
5.根据权利要求3所述的一种催化酯交换反应用固体碱催化剂的制备方法，其特征在于步骤一中蒸馏水与La2O2CO3的质量比为100～130:1。
6.如权利要求1所述的催化酯交换反应用固体碱催化剂的应用，其特征在于该固体碱催化剂用于催化三丁酸甘油酯与甲醇酯交换生成丁酸甲酯，具体步骤如下：
在配备恒温回流装置和磁力搅拌装置的二颈反应瓶中，依次加入KF/La2O2CO3催化剂、甲醇和三丁酸甘油酯，KF/La2O2CO3催化剂与三丁酸甘油酯的质量比为0.02～0.05:1，甲醇与三丁酸甘油酯的物质的量比为20～36:1，在反应温度为298～338K下搅拌反应60～120分钟，反应结束后冷却至室温。
7.根据权利要求6所述的催化酯交换反应用固体碱催化剂的应用，其特征在于KF/La2O2CO3催化剂与三丁酸甘油酯的质量比为0.03～0.04:1。
8.根据权利要求6或7所述的催化酯交换反应用固体碱催化剂的应用，其特征在于甲醇与三丁酸甘油酯的物质的量比为25～30:1。
9.根据权利要求8所述的催化酯交换反应用固体碱催化剂的应用，其特征在于反应温度为318K下搅拌反应90分钟。
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