CN1724612A - 生物柴油催化剂及利用该催化剂合成生物柴油的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生物柴油催化剂及利用该催化剂合成生物柴油的方法。具有如右结构通式，式中R1，R2，R3，R4＝CH3，C2H5，…CnHm n＝1～20，m＝3～41，R碳链中可以带有不饱和键，也可以带有苯环结构。合成生物柴油时，首先将油脂置于反应器中；再将所述催化剂制成醇溶液；并向反应器中加入催化剂醇溶液，制成混合物；最后将上述混合物分层，除去杂质，得到生物柴油产品。本发明所述催化剂对油脂的催化效果好，产品收率高，后处理简单，能耗低，污染小。本发明在合成生物柴油中具有极大的实用价值和经济价值。
Description
一、技术领域
本发明涉及一种催化剂，具体地说是一种生物柴油催化剂及利用该催化剂合成生物柴油的方法。
二、背景技术
随着日益严重的全球性能源短缺与环境恶化，控制燃料车尾气排放，保护自然环境成为目前人类急需解决的问题。世界各国的能源研究人员从环境保护和资源战略的角度出发，积极探索发展替代燃料及可再生能源。生物柴油是一种含氧清洁燃料，是由植物油和动物油等可再生油脂制取加工而成，作为优质的柴油代用品，属环境友好型绿色燃料，具有深远的经济效益与社会效益。生物柴油产业在我国具有巨大的发展潜力，目前生物柴油的生产方法有两类4种方法：第一类为物理法，包括直接使用和混合、微乳法；第二类为化学法，包括热解法和酯交换法。
目前各种方法的优缺点比较见下表：
| 原料 | 生产方法 | 优缺点 |
| 植物油 | 直接使用或与常规柴油混合 | 优点：液态、轻便、可再生、热值高；缺点：高粘度、易变质、不完全燃烧。 |
| 微乳 | 有助于充分燃烧，可和其他方法结合使用。 | |
| 植物油和动物脂肪 | 热解 | 在高温下进行，需要常规的化学催化剂，反应产物难以控制，设备昂贵。 |
| 植物油和动物脂肪和醇类 | 酸催化的酯交换反应 | 油脂中游离脂肪酸和水的含量的高时催化效果比碱好；但要求高温高压下完成的，对设备腐蚀较严重。 |
| 碱催化的酯交换反应 | 反应速率比酸催化快；但过量的碱会产生皂化，需进行后处理，污染较严重，皂化物在反应混合物体系形成乳化，导致产品收率降低。 | |
| 脂肪酶催化的酯交换反应 | 条件温和，醇用量少，游离脂肪酸和水的含量对反应无影响，相对清洁；但酶价格高，且易失活，对低碳醇转化率低，反应时间长。 | |
| 超临界法酯交换反应 | 时间短，产品收率高，无皂化，分离简单；但反应要求高温高压。 |
三、发明内容
本发明的目的是采用新型的催化剂在常压较低温度下合成生物柴油，以及利用该催化剂合成生物柴油的方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种生物柴油催化剂，其特征在于它具有如下结构通式：
式中R1，R2，R3，R4＝CH3，C2H5，…CnHm n＝1～20，m＝3～41，R碳链中可以带有不饱和键，也可以带有苯环结构。
一种利用所述催化剂合成生物柴油的方法，其特征在于它包括以下步骤：
A)将油脂置于反应器中；所述油脂可以是大豆油，也可以是玉米油。
B)将所述催化剂制成醇溶液；所述催化剂醇溶液可以是四甲基氢氧化铵甲醇溶液，也可以是四甲基氢氧化铵乙醇溶液，也可以是十六烷基三甲基氢氧化铵甲醇溶液。
C)向反应器中加入催化剂醇溶液，制成混合物；可以在常压、反应温度为30～80℃、反应时间为0.5～2小时条件下，向反应器中加入催化剂醇溶液，制成混合物。
D)将上述混合物静置2～8小时，分层，除去杂质甘油层，得到生物柴油产品。
本发明中催化剂合成生物柴油的工艺路线如下
本发明通过催化油脂转酯化反应合成生物柴油，本发明所述的新型催化剂含有亲水基团和亲油基团，具有表面活性，能较好地改善油脂和醇的相容性，因此可以缩短反应时间。催化剂对油脂的催化效果好，产品收率高，后处理简单，能耗低，污染小。
利用本发明所述的新型催化剂合成生物柴油，有如下优点：
(1)温度较低，产品色泽浅。
(2)副反应少，过程几乎无皂化，分离纯化简单，产品收率高。
(3)能耗低，污染小。
四、具体实施方式
以下通过实施例进一步说明本发明。
实施例1
催化剂的结构式为：
将100g大豆油置于250ml四颈烧瓶中，搅拌下加入0.01mol四甲基氢氧化铵的10ml甲醇溶液和16ml甲醇，控制50℃下反应1h左右。静置2小时，分液除去甘油层，得浅黄色透明液体，即生物柴油产品(含少量甲醇)。蒸出甲醇得95g左右，产品收率达95％以上。
实施例2
催化剂的结构式为：
将95g玉米油置于250ml四颈烧瓶中，加入25ml 0.4mol/L四甲基氢氧化铵乙醇溶液，得浅黄色透明溶液。在70℃下搅拌30min左右，仍为黄色透明溶液。静置4小时无分层。蒸乙醇，水洗，蒸馏除水，得产品98g左右，收率达97％以上。
实施例3
将十六烷基三甲基溴化铵和氢氧化钾按物质的量比为1∶1在一定体积的甲醇介质中反应1h，过滤除去固体，得到浓度约0.3mol/L十六烷基三甲基氢氧化铵甲醇溶液。催化剂的结构式为：
将100g大豆油置于250ml四颈烧瓶中，加入25ml上述所得溶液，摇匀，室温(30℃左右)下静置8小时左右。分液除去甘油层，得到淡黄色的透明液体，即生物柴油产品(含少量甲醇)。蒸出甲醇，产品收率达96％以上。
实施例4
将50g玉米油置于250ml四颈烧瓶中，搅拌下加入12ml实施例3所得十六烷基三甲基氢氧化铵甲醇溶液，在60℃下反应30min。静置4小时，分液除去甘油层，蒸出部分甲醇得到黄色透明溶液52g，即生物柴油产品(含少量甲醇)。
Claims (7)
1、一种生物柴油催化剂，其特征在于它具有如下结构通式：
式中R1，R2，R3，R4＝CH3，C2H5，…CnHm n＝1～20，m＝3～41。
2、根据权利要求1所述的生物柴油催化剂，其特征在于：所述R碳链中可以带有不饱和键，也可以带有苯环结构。
3、一种利用权利要求1所述催化剂合成生物柴油的方法，其特征在于它包括以下步骤：
A)将油脂置于反应器中；
B)将所述催化剂制成醇溶液；
C)向反应器中加入催化剂醇溶液，制成混合物；
D)将上述混合物分层，除去杂质，得到生物柴油产品。
4、根据权利要求3所述的利用催化剂合成生物柴油的方法，其特征在于：在步骤A)中，所述油脂可以是大豆油，也可以是玉米油。
5、根据权利要求3所述的利用催化剂合成生物柴油的方法，其特征在于：在步骤B)中，所述催化剂醇溶液可以是四甲基氢氧化铵甲醇溶液，也可以是四甲基氢氧化铵乙醇溶液，也可以是十六烷基三甲基氢氧化铵甲醇溶液。
6、根据权利要求3所述的利用催化剂合成生物柴油的方法，其特征在于：步骤C)中，在常压、反应温度为30～80℃、反应时间为0.5～2小时条件下，向反应器中加入催化剂醇溶液，制成混合物。
7、根据权利要求3所述的利用催化剂合成生物柴油的方法，其特征在于：步骤D)中，将混合物静置2～8小时，分层，除去杂质，得到生物柴油产品。
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