CN106552611B - 吸附剂的制备方法及吸附分离油脂中氯的方法 - Google Patents

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Abstract

一种吸附剂的制备方法,在多元醇或者糖化合物存在的条件下,将铁化合物、铜化合物或锌化合物中的至少一种经过离子交换或浸渍将金属离子负载在亲水性载体上,经高温焙烧制得吸附剂。本发明还提供一种吸附分离油脂中氯的方法,使用吸附剂静态吸附、动态吸附或流化床方式吸附分离油脂中的氯,所述吸附剂为上述制备方法制得的吸附剂;所述油脂为动植物油脂、餐饮废油、酸化油、脂肪酸甲酯和脂肪酸乙酯燃料中至少一种;所述油脂中氯的含量小于50ppm。

Description

吸附剂的制备方法及吸附分离油脂中氯的方法
技术领域
本发明涉及一种油脂精炼吸附剂的制备方法及吸附分离油脂中氯的方法,属于吸附剂制备技术领域,更具体地是吸附分离油脂其中氯。
背景技术
能源供求紧张和环境问题突出,使人们重视清洁可再生的生物质燃料。动植物油脂经加氢脱氧能制备出具有十六烷值高、燃烧性能好,与石化柴油兼容性好等优异特点的柴油燃料。经过适当的加工工艺,如临氢裂解异构,甚至能制备出生物质航空煤油。
在动植物生长和油脂精炼过程中,可能会在油脂中嵌入或残留氯等杂元素。使用农药或添加剂,更增加了油脂中氯等杂元素的含量。例如,在精炼食用油中,氯元素含量通常为2-6ppm,而餐饮业废油中,即使经过常规精炼,氯元素的含量能远远超过10ppm,甚至超过50ppm。氯离子严重危害不锈钢材质。它能破坏不锈钢金属表面的钝化膜,能向金属晶格内渗透,引起晶间腐蚀,使材料变性,极大地降低不锈钢的抗拉强度。这能给油脂加氢脱氧工艺造成严重的安全隐患。因此,油脂制备生物质燃料的催化加氢工艺严格限制油脂原料中的氯含量,以确保工艺稳健。而且生物质燃料产品标准对氯含量也有严格的限制,以使它们成为真正的清洁燃料。
一些专利文献已经公开了气体或液体烃等有机物中氯化氢的吸附分离方法,如CN1795980 A公开的一种氯化氢吸附剂及制备方法,以及CN104209090A公开的用于氯化物脱除的吸附剂。无机物氯化氢的酸性等性质完全不同于有机氯化物,而且油脂与无机气体和低碳数液体烃体系的粘度等影响扩散和溶解性的性质相差巨大,没有类比性。
吸附脱除石油产品中有机氯的专利公开了一些相关技术。如CN 104689787 A公开了一种液化石油气脱氯吸附剂及其应用方法,以及CN103611495A公开的一种脱除含烃物流中有机氯化物的吸附剂及其制备方法。这些体系中烷烃通常较短,粘度远低于油脂,而且其中的有机氯主要是C1-C4等短链烷烃的氯代烷烃,如氯代甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、二氯乙烷、1-氯丙烷、丁基氯和乙烯基氯等。它们的性质与油脂中链长达C12-C20的化合物差异很大。
由此可见,需要开发专门的方法适应油脂脱氯的特殊要求,以制备清洁的生物质燃料。
发明内容
本发明的目的是提供一种在较低温度下油脂选择性吸附脱除氯元素的吸附剂和方法。
为实现上述目的,本发明提供一种吸附剂的制备方法,其中,在多元醇或者糖化合物存在的条件下,将铁化合物、铜化合物或锌化合物中的至少一种经过离子交换或浸渍将金属离子负载在亲水性载体上,经高温焙烧制得吸附剂。
将多元醇或糖化合物溶解在水中形成质量浓度为0.5%-10%的水溶液,再加入铁、铜或锌的化合物,配制成浓度约为0.1M-0.8M的水溶液,然后与适量载体混合,经过离子交换或浸渍将金属离子负载在载体上。
本发明所述的吸附剂的制备方法,其中,所述多元醇优选为C2-C6的多羟基醇;所述糖化合物优选为C5-C6的单糖及其聚合物。
本发明所述的吸附剂的制备方法,其中,所述多元醇优选为乙二醇、甘油、山梨醇;所述糖化合物优选为戊糖、葡萄糖、果糖、寡聚糖、淀粉。
本发明所述的吸附剂的制备方法,其中,所述多元醇或者糖化合物存在的条件下优选是指:多元醇或糖化合物要溶解在水中形成浓度为0.5%-10%的水溶液。
本发明所述的吸附剂的制备方法,其中,所述铁化合物、铜化合物或锌化合物优选为水溶性化合物。
本发明所述的吸附剂的制备方法,其中,所述水溶性化合物优选为铁的硝酸盐、铜的硝酸盐或锌的硝酸盐。
本发明所述的吸附剂的制备方法,其中,所述亲水性载体优选为拟薄水铝石、三氧化二铝、硅胶、二氧化硅、蒙脱土、β分子筛、Y分子筛、ZSM分子筛或USY分子筛。
本发明所述的吸附剂的制备方法,其中,负载过程的温度优选为室温至150℃。
本发明所述的吸附剂的制备方法,其中,所述焙烧条件优选是:300℃-800℃焙烧2h-6h,气氛优选为氮气或空气。
本发明所述的吸附剂的制备方法,其中,经过焙烧后的吸附剂中,以氧化物的形式计,铁、铜或锌的质量分数优选为0.5%-50%;更优选为3%~30%。
本发明还提供一种吸附分离油脂中氯的方法,其中,使用吸附剂静态吸附、动态吸附或流化床方式吸附分离油脂中的氯,所述吸附剂为上述制备方法制得的吸附剂;所述油脂为动植物油脂、餐饮废油、酸化油、脂肪酸甲酯和脂肪酸乙酯燃料中至少一种;所述油脂中氯的含量小于50ppm。
本发明所述的吸附分离油脂中氯的方法,其中,所述吸附分离温度优选为5℃-120℃,更优选为20℃-80℃。
上述方法中,所述油脂包括动植物油脂、餐饮废油和酸化油,及其制备的脂肪酸甲酯和脂肪酸乙酯燃料中至少一种。为了提高吸附剂的处理能力,应该适当降低油脂中氯的含量。通过精制处理后,氯的含量应小于50ppm。
本发明具有显著的有益效果:
1、吸附剂所用金属廉价易得,制备方法简单;2、吸附分离油脂中氯的工艺简单。
具体实施方式
下述实施例中所用的材料、试剂等,如无特殊说明,均可从商业途径得到。所使用的实验方法如无特殊说明,均为常规方法;以下结合具体实施方式对本发明作进一步说明,但本发明的保护范围不仅限于下述实施例。
多元醇:
本发明对多元醇并无特殊限定,通常为C2-C6的多羟基醇,优选为乙二醇、甘油、山梨醇。
糖化合物:
本发明对糖化合物并无特殊限定,通常可以为C5-C6的单糖及其聚合物,优选为戊糖、葡萄糖、果糖、寡聚糖、淀粉。
选用多元醇与糖化合物的目的是利用这些化合物的氢键作用,在体系中相互吸引团聚,并因此在吸附剂上制造适宜C12-C20油脂分子氯化物的容纳空间,以利于吸附剂选择性地吸附分离长链有机氯化物,达到吸附脱除油脂中氯元素的目的。
在本发明中所述多元醇或者糖化合物存在的条件下是指:多元醇或糖化合物要溶解在水中形成质量浓度为0.5%-10%的水溶液;如果多元醇或糖化合物要溶解在水中形成质量浓度小于0.5%,由于浓度过小,难以形成适宜的孔道或空间间隔,不利于选择性吸附分离长链有机氯;而多元醇或糖化合物要溶解在水中形成质量浓度大于10%,由于浓度过高,造成原料浪费,且因为孔道或空间过大,有机氯化合物又容易被油脂洗脱,难以达到选择性吸附分离有机氯的目的,并无其他有益效果。
实施例1
用浓度为0.5%的淀粉水溶液配制浓度为0.6M的硝酸铜水溶液,并加入NaY分子筛30g,搅拌条件下于100℃回流10h,过滤后充分水洗,并在120℃干燥。在氮气气氛下,干燥的样品从室温直接升温至400℃焙烧6h,冷却后得到的负载量(以氧化铜计)为10%的吸附剂。
在100g餐饮废油中加入6g吸附剂,在20℃搅拌10h,油脂中氯的含量从30ppm降低到14ppm。
实施例2
用浓度为10%的甘油水溶液,并将硝酸铜、硝酸铁按照摩尔比1:1的比例溶解在其中,形成硝酸铜浓度为0.3M的溶液,并加入二氧化硅20g,在搅拌条件下于150℃油浴中缓慢蒸发,干燥后在空气氛下于800℃焙烧2h,冷却后得到铜、铁负载量(以氧化物计)为36%的吸附剂。
在100g脂肪酸甲酯(生物柴油)中加入3g吸附剂,在80℃搅拌生物柴油中氯的含量从20ppm降低到10ppm。
实施例3
用浓度为5%的葡萄糖水溶液,并将硝酸铁、硝酸铜、硝酸锌按照摩尔比1:0.3:0.7的比例溶解在其中,在100℃蒸发浓缩至粘稠,然后在室温与拟薄水铝石5kg混捏后挤压成直径为2mm、长度为0.5-1.1cm的条,干燥后在空气氛下加热至550℃焙烧4h,冷却得到铁、铜和锌负载量(以氧化物计)为24%的吸附剂。
将100g吸附剂装入管中形成高径比为12的玻璃柱中形成固定床,在50℃,小桐子油动态吸附的体积空速为0.6h-1。小桐子油中氯的含量为21ppm,经过吸附剂处理能够降低到2ppm。
实施例4
将葡萄糖和山梨醇按质量比1:1溶于水中,形成总浓度为7%的水溶液,并将硝酸铜、硝酸锌按照摩尔比1:0.6的比例溶解在其中,形成铜离子浓度为0.4M的溶液,在加入USY分子筛500g,搅拌条件下加热至120℃处理13h,过滤后充分水洗,并在110℃干燥。在氮气氛下,从室温升温至600℃焙烧4h,冷却后得到的负载量(以氧化物计)为20%的吸附剂。
将100g吸附剂装入管中形成高径比为10的固定床,在60℃,餐饮废油动态吸附的体积空速为1h-1。餐饮废油中氯的含量为34ppm,经过吸附剂处理能够降低到3ppm。

Claims (13)

1.一种吸附剂的制备方法,其特征在于,在质量浓度为0.5%~10%的多元醇或者糖化合物水溶液存在的条件下,将铁化合物、铜化合物或锌化合物中的至少一种经过离子交换或浸渍将金属离子负载在亲水性载体上,经高温焙烧制得吸附剂。
2.根据权利要求1所述的吸附剂的制备方法,其特征在于,所述多元醇为C2-C6的多羟基醇;所述糖化合物为C5-C6的单糖及其聚合物。
3.根据权利要求2所述的吸附剂的制备方法,其特征在于,所述多元醇为乙二醇、甘油、山梨醇;所述糖化合物为戊糖、葡萄糖、果糖、寡聚糖、淀粉。
4.根据权利要求1所述的吸附剂的制备方法,其特征在于,所述铁化合物、铜化合物或锌化合物为水溶性化合物。
5.根据权利要求4所述的吸附剂的制备方法,其特征在于,所述水溶性化合物为铁的硝酸盐、铜的硝酸盐或锌的硝酸盐。
6.根据权利要求1所述的吸附剂的制备方法,其特征在于,所述亲水性载体为拟薄水铝石、三氧化二铝、硅胶、二氧化硅、蒙脱土、β分子筛、Y分子筛、ZSM分子筛或USY分子筛。
7.根据权利要求1所述的吸附剂的制备方法,其特征在于,负载过程的温度为室温至150℃。
8.根据权利要求1所述的吸附剂的制备方法,其特征在于,所述焙烧条件是:300℃ -800℃焙烧2h - 6h,气氛为氮气或空气。
9.根据权利要求1~8任一项所述的吸附剂的制备方法,其特征在于,经过焙烧后的吸附剂中,以氧化物的形式计,铁、铜或锌的质量分数为0.5%-50%。
10.根据权利要求9所述的吸附剂的制备方法,其特征在于,经过焙烧后的吸附剂中,以氧化物的形式计,铁、铜或锌的质量分数为3%~30%。
11.一种吸附分离油脂中氯的方法,其特征在于,使用吸附剂静态吸附、动态吸附或流化床方式吸附分离油脂中的氯,所述吸附剂为权利要求1~10任一项所述的制备方法制得的吸附剂;所述油脂为动植物油脂、餐饮废油、酸化油、脂肪酸甲酯和脂肪酸乙酯燃料中至少一种;所述油脂中氯的含量小于50ppm。
12.根据权利要求11所述的吸附分离油脂中氯的方法,其特征在于,所述吸附分离温度为5℃ - 120℃。
13.根据权利要求12所述的吸附分离油脂中氯的方法,其特征在于,所述吸附分离温度为20℃ - 80℃。
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