CN107413382A - 一种合成生物柴油酸碱双中心固体催化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种合成生物柴油酸碱双中心固体催化剂及其制备方法。催化剂的载体为氧化石墨烯、介孔二氧化硅、活性炭，采用的修饰组分是氨基化试剂和磺化试剂，制备方法为：将载体进行氨基功能化，通过载体表面的羟基和氨基化试剂进行缩合反应，将氨基嫁接到载体上，对氨基功能化之后的载体进一步进行磺化，制得酸碱双中心固体催化剂。本发明的优点在于，所制得的催化剂用于合成生物柴油的反应，催化效率高，可重复使用，降低生产成本，可望成为极具竞争力的清洁工艺路线。
Description
技术领域
本发明涉及合成生物柴油酸碱双中心固体催化剂的制备及应用，属于合成生物柴油技术领域。
背景技术
能源是社会经济发展和提高人民生活水平的重要基础。因此寻求更加安全、清洁、经济的能源，已经成为世界各国的共同追求。生物柴油的利用是从环境保护和资源战略的角度出发，发展替代燃料及可再生能源的重要途径。作为无污染的可再生能源，生物柴油性能可与传统的石化柴油媲美，尾气有害排放降低。因此，生物柴油的研究和应用是全球广泛关注的问题。
国内外生物柴油工业生产还是以传统均相酸碱催化为主，价格低廉，反应活性高，但存在产物分离困难、产生大量废水等弊端。对于传统酸碱所带来的问题，酸碱双中心固体催化剂因其催化活性高、环境友好、可重复利用、易实现与产物分离等优点得到人们广泛的关注。
为了解决上述问题，本发明提供一种酸碱双中心固体催化剂催化制备生物柴油，符合绿色化学的要求，有着光明的工业化前景。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种合成生物柴油酸碱双中心固体催化剂及其制备方法。以该方法所制得的催化剂具有活性高，可重复利用的特点。
本发明通过下述技术方案加以实现的，一种合成生物柴油酸碱双中心固体催化剂，所述的是脂肪酸甘油酯酯交换合成生物柴油，合成生物柴油酸碱双中心固体催化剂的制备方法，其特征在于包括以下过程：
(1)在三口烧瓶中，将催化剂的含孔载体0.3～3g加入到10～50ml苯溶液中，超声分散0.5～3h。再加入3-氨丙基三乙氧基硅烷50～1000μL，加热搅拌回流8～20h，经过滤以后采用二氯甲烷洗涤2～5次，在40～80℃真空干燥6～14h，制得氨基功能化的含孔载体；
(2)将步骤(1)得到的氨基功能化的含孔载体1～3g和5～20mL二氯甲烷加入到三口烧瓶中，冰水浴下搅拌3～10min之后，逐滴缓慢加入0.3～1g磺酸功能化试剂，滴加完毕之后，再持续搅拌2～6h，抽滤，固体用无水甲醇洗涤3～6次，40～80℃真空干燥，制得酸碱双中心固体催化剂。
上述催化剂的含孔载体为氧化石墨烯、介孔二氧化硅或活性炭的任何一种。
上述磺酸功能化试剂为氯磺酸或三氟甲磺酸。
上述制得的酸碱双中心固体催化剂用于合成生物柴油的方法，其特征在于包括以下过程：
1)将油脂和短链醇以醇油摩尔比6～48:1加入高压反应釜，再加入酸碱双中心固体催化剂，催化剂加入量为油脂质量的1.0～10.0％，在反应温度为80～120℃下，反应2～10h，即得到含有生物柴油的混合物；
2)对步骤1)混合物进行过滤，滤出的固体催化剂进行循环利用，所得滤液经减压蒸馏除去甲醇，再静置分层，分离出下层甘油，上层液体即为生物柴油。
上述合成生物柴油的工艺中，油脂是大豆油、菜籽油、棉籽油或棕榈油的任何一种，短链醇为甲醇、乙醇或丙醇的任何一种。
本发明的优点在于，催化剂活性高，可重复使用，是潜在的具竞争力的绿色路线。
下面通过具体实施例来对本发明加以进一步说明，但不限制本发明。
具体实施方式
【实施例1】
在三口烧瓶中，将含孔载体氧化石墨烯0.5g加入到20ml苯溶液中，超声分散2h。再加入3-氨丙基三乙氧基硅烷400μL，加热搅拌回流12h，经过滤以后采用二氯甲烷洗涤3次，在60℃真空干燥8h，制得氨基功能化的氧化石墨烯；将得到的氨基功能化的氧化石墨烯1.5g和15mL二氯甲烷加入到三口烧瓶中，冰水浴下搅拌8min之后，逐滴缓慢加入0.8g磺酸功能化试剂氯磺酸，滴加完毕之后，再持续搅拌4h，抽滤，固体用无水甲醇洗涤4次，60℃真空干燥，制得酸碱双中心固体催化剂。
【实施例2】
在催化剂的制备条件与实施例1完全相同的情况下，只将制备方法中的含孔载体改为介孔二氧化硅，制得酸碱双中心固体催化剂。
【实施例3】
在催化剂的制备条件与实施例1完全相同的情况下，只将制备方法中的含孔载体改为活性炭，制得酸碱双中心固体催化剂。
【实施例4】
在催化剂的制备条件与实施例1完全相同的情况下，只将制备方法中的磺酸功能化试剂改为三氟甲磺酸，制得酸碱双中心固体催化剂。
【反应实施例5-8】
在高压反应釜中，加入反应物20g大豆油及10.72g甲醇，加入2g酸碱双中心固体催化剂，在反应温度为100℃，反应时间为6h。以大豆油转化率C、生物柴油收率Y为评价指标，所得催化剂的催化性能如表1所示。
表1 酸碱双中心固体催化剂合成生物柴油的反应结果
【反应实施例9】
酸碱双中心固体催化剂的反复使用性能。
在高压反应釜中，加入反应物20g大豆油及15.2g甲醇，分别使用催化剂制备的实施例3所制得催化剂各2g，在反应温度为120℃的条件下，反应时间为6h。反应后将酸碱双中心固体催化剂过滤，60℃干燥4h，将该催化剂再循环使用，以大豆油转化率C、生物柴油收率Y为评价指标，催化剂的重复利用性能如表2所示。
表2 酸碱双中心固体催化剂的重复利用性能
Claims (3)
1.一种合成生物柴油酸碱双中心固体催化剂的制备方法，其特征在于包括以下过程，
(1)在三口烧瓶中，将催化剂的含孔载体0.3～3g加入到10～50ml苯溶液中，超声分散0.5～3h，再加入3-氨丙基三乙氧基硅烷50～1000μL，加热搅拌回流8～20h，经过滤以后采用二氯甲烷洗涤2～5次，在40～80℃真空干燥6～14h，制得氨基功能化的含孔载体；
(2)将步骤(1)得到的氨基功能化的含孔载体1～3g和5～20mL二氯甲烷加入到三口烧瓶中，冰水浴下搅拌3～10min之后，逐滴缓慢加入0.3～1g磺酸功能化试剂，滴加完毕之后，再持续搅拌2～6h，抽滤，固体用无水甲醇洗涤3～6次，40～80℃真空干燥，制得酸碱双中心固体催化剂。
2.按权利要求1所述的合成生物柴油酸碱双中心固体催化剂的制备方法，其特征在于，上述催化剂的含孔载体为氧化石墨烯、介孔二氧化硅或活性炭的任何一种。
3.按权利要求1所述的合成生物柴油酸碱双中心固体催化剂的制备方法，其特征在于，上述磺酸功能化试剂为氯磺酸或三氟甲磺酸。
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| CN107413382B (zh) | 2020-07-03 |
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