CN108997111A - 一种焙烧态水铝钙石催化合成单硬脂酸甘油酯的方法 - Google Patents
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Abstract
一种焙烧态水铝钙石催化合成单硬脂酸甘油酯的方法，以硬脂酸甲酯与甘油为原料，在焙烧态水铝钙石的催化作用下合成得到单硬脂酸甘油酯。所述水铝钙石是以Ca(OH)2与Al(OH)3为原料清洁合成，经过焙烧即得到所述焙烧态水铝钙石催化剂。本发明提供的方法具有以下优点：催化剂的成本低廉，制备过程简单、清洁，对产物的选择性高，催化剂与产物易分离。
Description
技术领域
本发明涉及单硬脂酸甘油酯的合成方法，特别涉及一种焙烧态水铝钙石催化合成单硬脂酸甘油酯的方法，属于化学合成领域。
背景技术
单硬脂酸甘油酯的分子结构中含有一个长链烷基和两个亲水羟基，属于非离子表面活性剂。它可作为乳化剂、消泡剂、分散剂、增稠剂、湿润剂用于食物、化妆品及医药膏剂等，也作为润滑剂、抗静电剂、流滴剂和防雾剂用于塑料和纺织品加工等领域。
根据使用原料的不同，单硬脂酸甘油酯的工业化生产路线主要包括：硬脂酸与甘油的酯化法，油脂或硬脂酸甲酯与甘油的酯交换法。其中，酯交换法更具成本优势，已逐渐成为单硬脂酸甘油酯的主要生产工艺。与直接使用油脂相比，硬脂酸甲酯与甘油的酯交换法生产单硬脂酸甘油酯的选择性相对较高。然而，现有工艺以碱金属氢氧化物（如NaOH和KOH）为催化剂，不仅腐蚀设备，排放的强碱性废液对环境造成污染，且产物中单硬脂酸甘油酯的含量仅为40～50%。
为了解决上述问题，肖国民等（CN103111297A）制备了一种带有磁性核壳结构的水滑石类催化剂，并将其应用于硬脂酸甲酯与甘油酯交换合成单硬脂酸甘油酯的工艺路线中，产物中单硬脂酸甘油酯的含量达到70%左右，且催化剂易于分离。然而，其催化剂的制备涉及核壳双层结构的构建，过程复杂，且仍采用传统的共沉淀法制备水滑石壳层，即以多种水溶性金属盐溶液与碱液发生共沉淀反应而制备。在催化剂的制备过程中，会不可避免的产生大量含盐废水，造成环境污染。
因此，开发一种具有高活性、高选择性、制备过程简单且价格低廉的催化材料仍然是本领域的技术人员急需解决的关键技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种焙烧态水铝钙石催化合成单硬脂酸甘油酯的方法，该方法所涉及的催化剂制备过程简单、清洁，价格低廉，且具有高活性与高选择性。
本发明提供的一种焙烧态水铝钙石催化合成单硬脂酸甘油酯的方法，以硬脂酸甲酯与甘油为原料，在焙烧态水铝钙石的催化作用下合成单硬脂酸甘油酯，所述焙烧态水铝钙石的制备过程包括以下步骤：
（1）将Ca(OH)2、Al(OH)3和Na2CO3加入装有水的反应器中，其中， Ca(OH)2与Al(OH)3的摩尔比为1～3，Na2CO3与Al(OH)3的摩尔比为0.25～0.75；
（2）升温至60～100℃，反应1～3小时，再陈化8～30小时，固体物脱水干燥；
（3）将所得固体物在300～700℃焙烧2～6小时后，得到焙烧态水铝钙石。
进一步的，所述硬脂酸甲酯与甘油的物质的量之比为1：4～7。
进一步的，所述焙烧态水铝钙石与硬脂酸甲酯的质量比为4～8：100。
进一步的，所述催化反应的温度为160～230℃。
进一步的，所述催化反应的时间为2～10小时。
本发明直接以Ca(OH)2和Al(OH)3为原料，采用清洁法制备焙烧态水铝钙石催化剂。与传统共沉淀法相比，清洁法制备的焙烧态水铝钙石具有粒径小且分布均匀，比表面积较高，孔径相对较小和表面碱密度较高等优势。上述特征使本发明涉及的焙烧态水铝钙石对合成单硬脂酸甲酯的反应具有高选择性。本发明提供的技术方案具有以下优点：催化剂的成本低廉，制备过程简单、清洁，对产物的选择性高，催化剂与产物易分离。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。对于所属技术领域的技术人员而言，从对本发明的详细说明中，本发明的上述和其他目的、特征和优点将显而易见。
实施例1
催化剂的制备：将0.2mol Ca(OH)2、0.1mol Al(OH)3与0.05mol Na2CO3加入装有200mL水的反应器中。升温至80℃，反应2小时，陈化17小时，将固体物脱水干燥后，得到水铝钙石，放入马弗炉中在400℃焙烧4小时，即得到焙烧态水铝钙石。
实施例2
催化剂的制备：将0.3mol Ca(OH)2、0.1mol Al(OH)3与0.075mol Na2CO3加入装有300mL水的反应器中。升温至60℃，反应3小时，陈化30小时，将固体物脱水干燥后，得到水铝钙石，放入马弗炉中在700℃焙烧2小时，即得到焙烧态水铝钙石。
实施例3
催化剂的制备：将0.1mol Ca(OH)2、0.1mol Al(OH)3与0.025mol Na2CO3加入装有100mL水的反应器中。升温至100℃，反应1小时，陈化8小时，将固体物脱水干燥后，得到水铝钙石，放入马弗炉中在300℃焙烧6小时，即得到焙烧态水铝钙石。
实施例4
将0.02mol硬脂酸甲酯、0.1mol甘油和0.36g实施例1制备的催化剂加入反应器中，开启搅拌，升温至180℃反应6小时，反应完成后，趁热过滤，取上层油脂层，按照GB 15612-1995的方法取样测试，单硬脂酸甘油酯的含量为75%。
实施例5
将0.02mol硬脂酸甲酯、0.14mol甘油和0.24g实施例2制备的催化剂加入反应器中，开启搅拌，升温至160℃反应10小时，反应完成后，趁热过滤，取上层油脂层，按照GB 15612-1995的方法取样测试，单硬脂酸甘油酯的含量为73%。
实施例6
将0.02mol硬脂酸甲酯、0.08mol甘油和0.45g实施例3制备的催化剂加入反应器中，开启搅拌，升温至230℃反应2小时，反应完成后，趁热过滤，取上层油脂层，按照GB 15612-1995的方法取样测试，单硬脂酸甘油酯的含量为67%。
实施例7
将0.02mol硬脂酸甲酯、0.1mol甘油和0.3g实施例1制备的催化剂加入反应器中，开启搅拌，升温至200℃反应2小时，反应完成后，趁热过滤，取上层油脂层，按照GB 15612-1995的方法取样测试，单硬脂酸甘油酯的含量为81%。
比较例1
将0.02mol硬脂酸甲酯、0.1mol甘油和0.3g共沉淀法制备的焙烧态水铝钙石催化剂加入反应器中，开启搅拌，升温至200℃反应2小时，反应完成后，趁热过滤，取上层油脂层，按照GB 15612-1995的方法取样测试，单硬脂酸甘油酯的含量为53%。
根据实施例4-7与比较例1的结果，本发明涉及的焙烧态水铝钙石对硬脂酸甲酯与甘油酯交换合成单硬脂酸甘油酯的反应具有较好的活性与选择性，使副产物双硬脂酸甘油酯与三硬脂酸甘油酯的含量较低。与传统的共沉淀法相比，采用本技术方案涉及的清洁方法制备的焙烧态水铝钙石对合成单硬脂酸甘油酯明显具有更高的选择性。此外，焙烧态水铝钙石催化剂的制备过程简单、清洁，生产成本低，易与产物分离。因此，本发明涉及的技术方案适合于工业化应用。
应当理解，本发明虽然已通过以上实施例进行了清楚说明，然而在不背离本发明精神及其实质的情况下，所属技术领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的变化和修正，但这些相应的变化和修正都应属于本发明的权利要求的保护范围。
Claims (5)
1.一种焙烧态水铝钙石催化合成单硬脂酸甘油酯的方法，以硬脂酸甲酯与甘油为原料，在焙烧态水铝钙石的催化作用下合成单硬脂酸甘油酯，其特征在于，所述焙烧态水铝钙石的制备过程包括以下步骤：
（1）将Ca(OH)2、Al(OH)3和Na2CO3加入装有水的反应器中，其中， Ca(OH)2与Al(OH)3的摩尔比为1～3，Na2CO3与Al(OH)3的摩尔比为0.25～0.75；
（2）升温至60～100℃，反应1～3小时，再陈化8～30小时，固体物脱水干燥；
（3）将所得固体物在300～700℃焙烧2～6小时后，得到焙烧态水铝钙石。
2.根据权利要求1所述的催化合成单硬脂酸甘油酯的方法，其特征在于，所述硬脂酸甲酯与甘油的物质的量之比为1：4～7。
3.根据权利要求1所述的催化合成单硬脂酸甘油酯的方法，其特征在于，所述焙烧态水铝钙石与硬脂酸甲酯的质量比为4～8：100。
4.根据权利要求1所述的催化合成单硬脂酸甘油酯的方法，其特征在于，所述催化反应的温度为160～230℃。
5.根据权利要求1所述的催化合成单硬脂酸甘油酯的方法，其特征在于，所述催化反应的时间为2～10小时。
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2018
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