CN113042061A - 一种催化剂的制备方法、生物基润滑油基础油及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种催化剂的制备方法、生物基润滑油基础油及其制备方法，属于润滑油制备技术领域。本发明将硝酸镍和硝酸锌溶解在水中，制成金属前驱体溶液；再将金属前驱体溶液加入到装有水和硅酸铝的容器中，得到混合溶液；将混合溶液干燥得到固体，将固体在空气条件下煅烧；煅烧完成后，使用还原气体进行还原，得到Ni‑Zn/硅酸铝催化剂。将碱木质素和水混合，加入上述催化剂和辅助催化剂，在160~220℃条件下反应2~5h，反应完成后进行固液分离，分离所得液体经分离纯化后，得到所述生物基润滑油基础油。本发明的催化剂的活性可控，反应条件温和，制得的生物基润滑油基础油性能较好，有较大的推广价值。
Description
技术领域
本发明属于润滑油制备技术领域，具体地说，涉及一种催化剂的制备方法、生物基润滑油基础油及其制备方法。
背景技术
润滑油是用在各种类型汽车、机械设备上以减少摩擦，保护机械及加工件的液体或半固体润滑剂，主要起润滑、冷却、防锈、清洁、密封和缓冲等作用。润滑油一般由基础油和添加剂两部分组成。基础油是润滑油的主要成分，决定着润滑油的基本性质。润滑油基础油主要分矿物基础油、合成基础油以及植物油（生物基）基础油三类。矿物基础油应用广泛，用量很大（约90%以上），但有些应用场合则必须使用合成基础油和植物油基础油调配的产品。尤其是，矿物基础油多为芳香族化合物，受制于石油资源有着不可再生且储量有限的特点，因此亟需寻找其他含有芳香族化合物的天然产物作为替代物。
木质素是由苯丙烷单元通过碳-碳键和醚键连接而成的无定形聚合物，是地球上最丰富的芳香族天然高分子化合物之一，因此将木质素大分子转化为芳香族化合物逐渐成为研究热点。
受制于天然木质素分子的高度聚合，木质素分子具有极其复杂的三维结构，最终影响木质素的利用率，因此如何寻找合适化学手段将木质素大分子转化为含有单个苯环的小分子始终是研究重点和难点。目前的转化手段大多为“催化加氢，断裂化学键的方法”，但因催化剂的活性无法控制，因此制备得到的生物基润滑油基础油的性能较差。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种催化剂的制备方法，本发明的另一目的在于提供利用该催化剂制备得到的生物基润滑油基础油，本发明还有一目的是提供该基础油的制备方法。
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种催化剂的制备方法，将硝酸镍和硝酸锌溶解在水中，制成金属前驱体溶液；再将金属前驱体溶液加入到装有水和硅酸铝的容器中，得到混合溶液；将混合溶液干燥得到固体，将固体在空气条件下煅烧；煅烧完成后，使用还原气体进行还原，得到所述催化剂。硅酸铝作为载体，促进裂解，活性物质硝酸镍和硝酸锌促进裂解，因此极大地提高了产物得率。
镍与锌的摩尔比为1：(0.5~2)。
在空气条件下煅烧时，升温速率为0.3~30℃/min，煅烧温度为400~1000℃，煅烧时间为0.5~10小时。
使用还原气体进行还原时，升温速率为0.3~30℃/min，气体流速为10~1000mL•min-1，反应温度为400~1000℃，反应时间为0.5~10小时。
硅酸铝中氧化铝的质量分数为20~30%。
一种制备生物基润滑油基础油的方法，将碱木质素和水混合，加入上述催化剂和辅助催化剂，在160~220℃条件下反应2~5h，反应完成后进行固液分离，分离所得液体经分离纯化后，得到所述生物基润滑油基础油。
所述催化剂与碱木质素的质量比为(0.5~4):30。
所述辅助催化剂为甲酸或硼氢化钠。
辅助催化剂与碱木质素的质量比为(0.5~2):1。
上述方法制备得到的生物基润滑油基础油。
相比于现有技术，本发明的有益效果为：本发明制得Fe-Zn/Al2O3催化剂，锌有助于控制镍的电子云的密度，因此催化剂的选择性可以控制；利用Fe-Zn/Al2O3作为催化剂，以硼氢化钠辅助催化，将碱木质素液化，经分离提纯后得到生物基润滑油基础油，该工艺采用活性可控的催化剂，反应条件温和，制备过程环保，制得的生物基润滑油基础油得率较高，性能较好，有较大的推广价值。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
实施例1
一种催化剂的制备方法，具体为：
将10g的Ni（NO3）2·6H2O和Zn（NO3）2·6H2O（Ni与Zn的摩尔比为5：5）溶解在去离子水中，制成金属前驱体溶液；再将金属前驱体溶液逐滴加入至装有去离子水和硅酸铝的容器中，边滴边搅拌；将搅拌后的溶液在真空烘箱中干燥得到固体，将固体在马弗炉中在空气条件下以3℃/min的升温速率将温度升至600℃，并在600℃下煅烧2小时；煅烧完成后，以3℃/min的升温速率将温度升至600℃，使用H2在100mL·min-1的流速下进行还原反应，反应时间为4小时，得到Ni-Zn/硅酸铝催化剂。
采用以上所得Ni-Zn/硅酸铝催化剂的一种生物基润滑油基础油的制备方法，具体为：
将3g碱木质素和30g去离子水加入到超声波反应器中，在超声波条件下搅拌至溶解，再加入催化剂Ni-Zn/硅酸铝2g和助催化剂硼氢化钠1g，在160℃条件下反应4h；反应完成后使用冰水淬灭反应；固液分离，固体经高温煅烧活化后待下次使用，液体经乙酸乙酯萃取后，再在78℃温度下进行抽真空减压蒸馏至乙酸乙酯完全去除，最终获得润滑油基础油。
通过得率计算公式：得率=（反应前总质量-反应后总质量）÷反应前总质量，计算出润滑油基础油的得率为25.6%。
通过在2.5GPa压力下进行1小时的四球摩擦试验，测得1000秒内的平均摩擦系数为0.073。
实施例2
一种催化剂的制备方法，具体为：
将10g的Ni（NO3）2·6H2O和Zn（NO3）2·6H2O（Ni与Zn的摩尔比为5：5）溶解在去离子水中，制成金属前驱体溶液；再将金属前驱体溶液逐滴加入至装有去离子水和硅酸铝的容器中，边滴边搅拌；将搅拌后的溶液在真空烘箱中干燥得到固体，将固体在马弗炉中在空气条件下以3℃/min的升温速率将温度升至600℃，并在600℃下煅烧2小时；煅烧完成后，以3℃/min的升温速率将温度升至600℃，使用H2在100mL·min-1的速率下进行还原，反应时间为4小时，得到Ni-Zn/硅酸铝催化剂。
采用以上所得Ni-Zn/硅酸铝催化剂的一种生物基润滑油基础油的制备方法，具体为：
将3g碱木质素和30g去离子水加入到超声波反应器中，在超声波条件下搅拌至溶解，再加入催化剂Ni-Zn/硅酸铝2g和助催化剂硼氢化钠1g，在200℃条件下反应4h；反应完成后使用冰水淬灭反应；固液分离，固体经高温煅烧活化后待下次使用，液体经乙酸乙酯萃取后，再在78℃温度下进行抽真空减压蒸馏至乙酸乙酯完全去除，最终获得润滑油基础油。
通过前述得率计算公式，计算出润滑油基础油的得率为34.7%。
通过在2.5GPa压力下进行1小时的四球摩擦试验，测得1000秒内的平均摩擦系数为0.066。
实施例3
一种催化剂的制备方法，具体为：
将10g的Ni（NO3）2·6H2O和Zn（NO3）2·6H2O（Ni与Zn的摩尔比为5：5）溶解在去离子水中，制成金属前驱体溶液；再将金属前驱体溶液逐滴加入至装有去离子水和硅酸铝的容器中，边滴边搅拌；将搅拌后的溶液在真空烘箱中干燥得到固体，将固体在马弗炉中在空气条件下以3℃/min的加热速率将温度升至600℃，并在600℃下煅烧2小时；煅烧完成后，以3℃/min的升温速率将温度升至600℃，使用H2在100mL·min-1的速率下进行还原，反应时间为4小时，得到Ni-Zn/硅酸铝催化剂。
采用以上所得Ni-Zn/硅酸铝催化剂的一种生物基润滑油基础油的制备方法，具体为：
将3g碱木质素和30g去离子水加入到超声波反应器中，在超声波条件下搅拌至溶解，再加入催化剂Ni-Zn/硅酸铝2g和助催化剂硼氢化钠1g，在200℃条件下反应5h；反应完成后使用冰水淬灭反应；固液分离，固体经高温煅烧活化后待下次使用，液体经乙酸乙酯萃取后，再在78℃温度下进行抽真空减压蒸馏至乙酸乙酯完全去除，最终获得润滑油基础油。
通过前述得率计算公式，计算出润滑油基础油的得率为28.1%。
通过在2.5GPa压力下进行1小时的四球摩擦试验，测得1000秒内的平均摩擦系数为0.072。
实施例4
一种催化剂的制备方法，具体为：
将10g的Ni（NO3）2·6H2O和Zn（NO3）2·6H2O（Ni与Zn的摩尔比为5.2：4.8）溶解在去离子水中，制成金属前驱体溶液；再将金属前驱体溶液逐滴加入至装有去离子水和硅酸铝的容器中，边滴边搅拌；将搅拌后的溶液在真空烘箱中干燥得到固体，将固体在马弗炉中在空气条件下以3℃/min的加热速率将温度升至600℃，并在600℃下煅烧2小时；煅烧完成后，以3℃/min的升温速率将温度升至600℃，使用H2在100mL·min-1的速率下进行还原，反应时间为4小时，得到Ni-Zn/硅酸铝催化剂。
采用以上所得Ni-Zn/硅酸铝催化剂的一种生物基润滑油基础油的制备方法，具体为：
将3g碱木质素和30g去离子水加入到超声波反应器中，在超声波条件下搅拌至溶解，再加入催化剂Ni-Zn/硅酸铝1g和助催化剂硼氢化钠0.5g，在200℃条件下反应5h；反应完成后使用冰水淬灭反应；固液分离，固体经高温煅烧活化后待下次使用，液体经乙酸乙酯萃取后，再在78℃温度下进行抽真空减压蒸馏至乙酸乙酯完全去除，最终获得润滑油基础油。
通过前述得率计算公式，计算出润滑油基础油的得率为23.9%。
通过在2.5GPa压力下进行1小时的四球摩擦试验，测得1000秒内的平均摩擦系数为0.073。
Claims (10)
1.一种催化剂的制备方法，其特征在于，将硝酸镍和硝酸锌溶解在水中，制成金属前驱体溶液；再将金属前驱体溶液加入到装有水和硅酸铝的容器中，得到混合溶液；将混合溶液干燥得到固体，将固体在空气条件下煅烧；煅烧完成后，使用还原气体进行还原，得到所述催化剂。
2.根据权利要求1所述的催化剂的制备方法，其特征在于，镍与锌的摩尔比为1：(0.5~2)。
3.根据权利要求1所述的催化剂的制备方法，其特征在于，在空气条件下煅烧时，升温速率为0.3~30℃/min，煅烧温度为400~1000℃，煅烧时间为0.5~10小时。
4.根据权利要求1所述的催化剂的制备方法，其特征在于，使用还原气体进行还原时，升温速率为0.3~30℃/min，气体流速为10~1000mL·min-1，反应温度为400~1000℃，反应时间为0.5~10小时。
5.根据权利要求1所述的催化剂的制备方法，其特征在于，硅酸铝中氧化铝的质量分数为20~30%。
6.一种采用如权利要求1~5中任一项所述的催化剂制备生物基润滑油基础油的方法，其特征在于，将碱木质素和水混合，加入所述催化剂和辅助催化剂，在160~220℃条件下反应2~5h，反应完成后进行固液分离，分离所得液体经分离纯化后，得到所述生物基润滑油基础油。
7.根据权利要求6所述的制备生物基润滑油基础油的方法，其特征在于，所述催化剂与碱木质素的质量比为(0.5~4):30。
8.根据权利要求6所述的制备生物基润滑油基础油的方法，其特征在于，所述辅助催化剂为甲酸或硼氢化钠。
9.根据权利要求6或8所述的制备生物基润滑油基础油的方法，其特征在于，辅助催化剂与碱木质素的质量比为(0.5~2):1。
10.权利要求6~9中任一项所述方法制备得到的生物基润滑油基础油。
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