CN104289237A - 一种固体碱催化剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及生物柴油制备技术领域，尤其涉及到一种固体碱催化剂的制备方法，包括：步骤a：取Na2SiO3.9H2O、CaO和KF.2H2O混合为混合物，其摩尔比为2.0:5.0:（1.5～6.0）；步骤b：研磨至浆糊状；步骤c：在70℃～90℃的温度下干燥5～7小时；步骤d：在300℃～500℃的温度下烘培3.5～4.5小时，得到Na2SiO3/CaO/KF固体碱。本发明采用上述方法，制备简便，制备出的固体碱催化效果好。

Description

一种固体碱催化剂的制备方法
技术领域
本发明涉及生物柴油制备技术领域，尤其涉及到一种固体碱催化剂的制备方法。
背景技术
随着全球性石油资源的日益枯竭和社会发展对能源需求的不断增加,能源短缺已成为世界性问题。从能源战略和环境保护的角度出发,世界各国都在积极开展石化燃料替代品的研究,其中以生物柴油的研究为当前热点。生物柴油具有可再生、可降解、无毒、高闪点、高十六烷值、对环境友好等优点,对其开发与应用具有深远经济效益和社会效益。因此,生物柴油的研究应用已成为缓解日益恶化的能源和环境问题的焦点。根据美国材料实验协会 (ASTM)的定义,生物柴油(Biodiesel)是指以动植物油脂等可再生生物资源为原料生产的长碳链脂肪酸单酯,可用于压燃式发动机的清洁替代燃料;它是油脂与甲醇等低碳醇在酸、碱或酶等催化剂的作用下进行酯交换反应生成的。生物柴油不仅可以直接作为燃料使用,而且可以作为石化柴油燃料的添加物使用。对于以脂肪酸甲酯为代表的生物柴油,目前国内外普遍采用均相催化剂,如硫酸、氢氧化钠、甲醇钠等催化油脂进行酯交换制备脂肪酸甲酯并已实现规模化生产。
固体碱是指能向反应物给予电子的固体。作为催化剂其活性中心应具有极强的供电子能力,它有一个表面阴离子空穴,即自由电子中心由表面O2-或O2-OH组成。自20世纪50年代固体碱催化剂引起科学家们的重视以来,已经发展了多种类型的固体碱催化体系。
固体碱作为最先进的生物柴油制备用的催化剂，持续对其进行研究以便研制出具有更好催化效果的固体碱。
发明内容
本发明的目的在于针对上述问题，提供一种固体碱催化剂的制备方法，制备简便，制备出的固体碱催化效果好。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种固体碱催化剂的制备方法，包括：
步骤a：取Na2SiO3.9H2O、CaO和KF.2H2O混合为混合物，其摩尔比为2.0:5.0:（1.5～6.0）；
步骤b：研磨至浆糊状；
步骤c：在70℃～90℃的温度下干燥5～7小时；
步骤d：在300℃～500℃的温度下烘培3.5～4.5小时，得到Na2SiO3/CaO/KF固体碱。
进一步，步骤a中，所述Na2SiO3.9H2O、CaO和KF.2H2O的摩尔比为2.0:1.0:1.5、2.0:1.0:3.0、2.0:1.0:4.5或2.0:1.0:6。
进一步，步骤a中，所述ZnO、Ca(OH)2和 KF·2H2O的摩尔比为2.0:1.0:1.5。
进一步，步骤a中，所述ZnO、Ca(OH)2和 KF·2H2O的摩尔比为2.0:1.0:3.0。
进一步，步骤a中，所述ZnO、Ca(OH)2和 KF·2H2O的摩尔比为2.0:1.0:4.5。
进一步，步骤a中，所述ZnO、Ca(OH)2和 KF·2H2O的摩尔比为2.0:1.0:6.0。
进一步，步骤d中，烘培温度为300℃、400℃或500℃。
本发明采用上述方法，制备简便，制备出的固体碱催化效果好。
具体实施方式
以下具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
实施例1
将Na2SiO3.9H2O、CaO和KF.2H2O混合为混合物，其摩尔比为2.0:5.0:0；研磨至浆糊状；在80℃的温度下干燥6小时；在400℃的温度下烘培4小时，得到Na2SiO3/CaO/KF固体碱。
将制备的ZnO/Ca(OH)2/KF固体碱作为催化剂，利用酯交换制备生物柴油：
将醇油按照摩尔比10:1加入反应釜，加入醇油混合物4%的Na2SiO3/CaO/KF固体碱催化剂，在60℃的温度下反应0.5小时，分离提纯后，生物柴油的产率为45%。
实施例2
将Na2SiO3.9H2O、CaO和KF.2H2O混合为混合物，其摩尔比为2.0:5.0:1.5；研磨至浆糊状；在80℃的温度下干燥6小时；在400℃的温度下烘培4小时，得到Na2SiO3/CaO/KF固体碱。
将制备的ZnO/Ca(OH)2/KF固体碱作为催化剂，利用酯交换制备生物柴油：
将醇油按照摩尔比10:1加入反应釜，加入醇油混合物4%的Na2SiO3/CaO/KF固体碱催化剂，在60℃的温度下反应0.5小时，分离提纯后，生物柴油的产率为75%。
实施例3
将Na2SiO3.9H2O、CaO和KF.2H2O混合为混合物，其摩尔比为2.0:5.0:3.0；研磨至浆糊状；在80℃的温度下干燥6小时；在400℃的温度下烘培4小时，得到Na2SiO3/CaO/KF固体碱。
将制备的ZnO/Ca(OH)2/KF固体碱作为催化剂，利用酯交换制备生物柴油：
将醇油按照摩尔比10:1加入反应釜，加入醇油混合物4%的Na2SiO3/CaO/KF固体碱催化剂，在60℃的温度下反应0.5小时，分离提纯后，生物柴油的产率为90%。
实施例4
将Na2SiO3.9H2O、CaO和KF.2H2O混合为混合物，其摩尔比为2.0:5.0:4.5；研磨至浆糊状；在80℃的温度下干燥6小时；在400℃的温度下烘培4小时，得到Na2SiO3/CaO/KF固体碱。
将制备的ZnO/Ca(OH)2/KF固体碱作为催化剂，利用酯交换制备生物柴油：
将醇油按照摩尔比10:1加入反应釜，加入醇油混合物4%的Na2SiO3/CaO/KF固体碱催化剂，在60℃的温度下反应0.5小时，分离提纯后，生物柴油的产率为85%。
实施例5
将Na2SiO3.9H2O、CaO和KF.2H2O混合为混合物，其摩尔比为2.0:5.0:6.0；研磨至浆糊状；在80℃的温度下干燥6小时；在400℃的温度下烘培4小时，得到Na2SiO3/CaO/KF固体碱。
将制备的ZnO/Ca(OH)2/KF固体碱作为催化剂，利用酯交换制备生物柴油：
将醇油按照摩尔比10:1加入反应釜，加入醇油混合物4%的Na2SiO3/CaO/KF固体碱催化剂，在60℃的温度下反应0.5小时，分离提纯后，生物柴油的产率为80%。
实施例6
将Na2SiO3.9H2O、CaO和KF.2H2O混合为混合物，其摩尔比为2.0:5.0:3.0；研磨至浆糊状；在80℃的温度下干燥6小时；在300℃的温度下烘培4小时，得到Na2SiO3/CaO/KF固体碱。
将制备的ZnO/Ca(OH)2/KF固体碱作为催化剂，利用酯交换制备生物柴油：
将醇油按照摩尔比10:1加入反应釜，加入醇油混合物4%的Na2SiO3/CaO/KF固体碱催化剂，在60℃的温度下反应0.5小时，分离提纯后，生物柴油的产率为55%。
实施例7
将Na2SiO3.9H2O、CaO和KF.2H2O混合为混合物，其摩尔比为2.0:5.0:3.0；研磨至浆糊状；在80℃的温度下干燥6小时；在350℃的温度下烘培4小时，得到Na2SiO3/CaO/KF固体碱。
将制备的ZnO/Ca(OH)2/KF固体碱作为催化剂，利用酯交换制备生物柴油：
将醇油按照摩尔比10:1加入反应釜，加入醇油混合物4%的Na2SiO3/CaO/KF固体碱催化剂，在60℃的温度下反应0.5小时，分离提纯后，生物柴油的产率为80%。
实施例8
将Na2SiO3.9H2O、CaO和KF.2H2O混合为混合物，其摩尔比为2.0:5.0:3.0；研磨至浆糊状；在80℃的温度下干燥6小时；在400℃的温度下烘培4小时，得到Na2SiO3/CaO/KF固体碱。
将制备的ZnO/Ca(OH)2/KF固体碱作为催化剂，利用酯交换制备生物柴油：
将醇油按照摩尔比10:1加入反应釜，加入醇油混合物4%的Na2SiO3/CaO/KF固体碱催化剂，在60℃的温度下反应0.5小时，分离提纯后，生物柴油的产率为90%。
实施例9
将Na2SiO3.9H2O、CaO和KF.2H2O混合为混合物，其摩尔比为2.0:5.0:3.0；研磨至浆糊状；在80℃的温度下干燥6小时；在450℃的温度下烘培4小时，得到Na2SiO3/CaO/KF固体碱。
将制备的ZnO/Ca(OH)2/KF固体碱作为催化剂，利用酯交换制备生物柴油：
将醇油按照摩尔比10:1加入反应釜，加入醇油混合物4%的Na2SiO3/CaO/KF固体碱催化剂，在60℃的温度下反应0.5小时，分离提纯后，生物柴油的产率为78%。
实施例10
将Na2SiO3.9H2O、CaO和KF.2H2O混合为混合物，其摩尔比为2.0:5.0:3.0；研磨至浆糊状；在80℃的温度下干燥6小时；在500℃的温度下烘培4小时，得到Na2SiO3/CaO/KF固体碱。
将制备的ZnO/Ca(OH)2/KF固体碱作为催化剂，利用酯交换制备生物柴油：
将醇油按照摩尔比10:1加入反应釜，加入醇油混合物4%的Na2SiO3/CaO/KF固体碱催化剂，在60℃的温度下反应0.5小时，分离提纯后，生物柴油的产率为70%。
实施例11
将制备的NaOH固体碱作为催化剂，利用酯交换制备生物柴油：
将醇油按照摩尔比10:1加入反应釜，加入醇油混合物4%的NaOH固体碱催化剂，在60℃的温度下反应0.5小时，分离提纯后，生物柴油的产率为55%。
实施例12
将制备的KOH固体碱作为催化剂，利用酯交换制备生物柴油：
将醇油按照摩尔比10:1加入反应釜，加入醇油混合物4%的KOH固体碱催化剂，在60℃的温度下反应0.5小时，分离提纯后，生物柴油的产率为57%。
实施例13
将制备的NaOCH3固体碱作为催化剂，利用酯交换制备生物柴油：
将醇油按照摩尔比10:1加入反应釜，加入醇油混合物4%的NaOCH3固体碱催化剂，在60℃的温度下反应0.5小时，分离提纯后，生物柴油的产率为59%。
总结
根据实验可以看出，Na2SiO3/CaO/KF作为催化剂，比其他固体碱更具有催化的活性。随加入 KF 的量逐渐增加生物柴油的产率迅速增加，当大于一定数值后，生物柴油的产率成下降趋势，烘培温度对生物柴油的产率有同样的影响。在Na2SiO3.9H2O、CaO和KF.2H2O混合物的摩尔比为2.0:5.0:3.0,烘培温度400℃时，生物柴油的产率最高。但是在实际生产中，KF加入量和烘培温度还会影响提纯难度等其他因素，所以KF加入量和烘培温度应当根据实际需求灵活选择，所以本申请并未只保护最佳值，而是保护适当的范围。
以上已将本发明做一详细说明，但显而易见，本领域的技术人员可以进行各种改变和改进，而不背离所附权利要求书所限定的本发明的范围。

Claims (7)

1.一种固体碱催化剂的制备方法，其特征在于包括：
步骤a：取Na2SiO3.9H2O、CaO和KF.2H2O混合为混合物，其摩尔比为2.0:5.0:（1.5～6.0）；
步骤b：研磨至浆糊状；
步骤c：在70℃～90℃的温度下干燥5～7小时；
步骤d：在300℃～500℃的温度下烘培3.5～4.5小时，得到Na2SiO3/CaO/KF固体碱。
2.根据权利要求1所述的一种固体碱催化剂的制备方法，其特征在于：步骤a中，所述Na2SiO3.9H2O、CaO和KF.2H2O的摩尔比为2.0:1.0:1.5、2.0:1.0:3.0、2.0:1.0:4.5或2.0:1.0:6.0。
3.根据权利要求1所述的一种固体碱催化剂的制备方法，其特征在于：步骤a中，所述ZnO、Ca(OH)2和 KF·2H2O的摩尔比为2.0:1.0:1.5。
4.根据权利要求1所述的一种固体碱催化剂的制备方法，其特征在于：步骤a中，所述ZnO、Ca(OH)2和 KF·2H2O的摩尔比为2.0:1.0:3.0。
5.根据权利要求1所述的一种固体碱催化剂的制备方法，其特征在于：步骤a中，所述ZnO、Ca(OH)2和 KF·2H2O的摩尔比为2.0:1.0:4.5。
6.根据权利要求1所述的一种固体碱催化剂的制备方法，其特征在于：步骤a中，所述ZnO、Ca(OH)2和 KF·2H2O的摩尔比为2.0:1.0:6.0。
7.根据权利要求1所述的一种固体碱催化剂的制备方法，其特征在于：步骤d中，烘培温度为300℃、400℃或500℃。
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