CN1737086A - 一种制备生物柴油的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种制备生物柴油的方法，属于生物油料合成、绿色可再生能源技术领域。用离子液体催化剂，在反应温度20～300℃，反应压力0.1～2MPa的条件下，生物油脂与短链醇摩尔比在1∶30～1∶1范围内，生物油脂与离子液体催化剂摩尔比在300∶1～1∶1范围内，制备生物柴油。采用离子液体催化剂制备生物柴油，反应活性高，反应速度快，生产过程环境友好、无设备腐蚀、产物容易分离、催化剂稳定性好、催化剂同时拥有液体酸的高密度反应活性位和固体酸的不挥发性，并且催化剂可循环使用。
Description
技术领域
本发明属于生物油料合成、绿色可再生能源技术领域，特别涉及一种离子液体催化制备生物柴油的新方法。
背景技术
随着石油资源的日益枯竭和人们环保意识的提高，人们越来越关注石油燃料的替代品。生物柴油是由动植物油脂原料通过酯交换反应生成的脂肪酸酯类物质，是一种新型的无污染可再生能源，其燃烧性能可以与传统的石油系柴油媲美，生物柴油燃烧后发动机排放出的尾气里有害物质比传统石化柴油降低了50％。因此，目前生物柴油的研究和应用已经受到广泛的关注。
生物柴油的生产方法主要是将动植物油脂与短链醇(甲醇、乙醇等)在催化剂的催化作用下发生酯交换反应制得。根据所使用催化剂的不同，生物柴油的生产方法有酶法和化学法两种。酶法中短链醇极易导致酶失活，而且反应过程中生成的副产物甘油容易附着在脂肪酶表面，使反应难以进行。传统的化学反应工艺过程中，通常采用强酸(硫酸)或强碱(KOH、NaOH)作催化剂。以强酸或强碱催化的均相催化反应过程，其反应条件相对温和，反应速度快，但具有强腐蚀性，并且反应结束后需对催化剂进行中和、分离等后续处理，造成工艺流程长，存在废水、废渣污染问题，同时也增加了生产成本。在人类越来越注重自身可持续发展的今天，开发对环境友好的绿色合成工艺成为当务之急。而采用非均相固体酸、碱作催化剂虽然克服了均相强酸、强碱催化剂的不足，但非均相催化剂存在活性偏低、反应速度慢、失活、需要反复再生等问题。
离子液体作为一种新型的环境友好溶剂和液体酸催化剂，具有其它有机、无机溶剂和传统催化剂所不具备的优点，它同时拥有液体酸的高密度反应活性位和固体酸的不挥发性；酸性可以超过固体超强酸，并且酸性可以根据需要进行调节；催化剂和产物容易分离，对环境友好；液体范围宽，可达300～400℃，远超过水的100℃或胺的44℃；且种类繁多，具有不可燃性，其物理化学性质在很大程度上取决于应用的阴阳离子种类，是真正意义上可设计的绿色溶剂和催化剂。目前，离子液体已经作为多种反应的催化剂，如环氧化、加氢、Suzuki交错偶合反应、Diels-Alder反应、酰基化、聚合、烷基化、异构化反应等，离子液体催化剂具有很好的活性。因此，寻求活性高、催化剂稳定性好、产物容易分离的离子液体催化制备生物柴油生产工艺将具有很好的工业应用前景。
发明内容
本发明的目的是提出一种离子液体催化制备生物柴油的新方法，具有催化剂稳定性好、反应活性高、环境友好、无设备腐蚀、产物容易分离、催化剂可循环使用等优点。
本发明提出的一种制备生物柴油的方法，其特征在于，所述方法依次按如下步骤进行：
(1)在反应温度20～300℃，反应压力0.1～2Mpa的条件下，将混合均匀的生物油脂、短链醇混合物加入到离子液体催化剂中，搅拌，进行酯交换反应；
(2)将步骤1的反应液静置分层，取出上层产品即为生物柴油，下层催化剂循环使用。
在上述制备生物柴油的方法中，步骤1所述离子液体为带-SO3H官能团的磺酸类Brnsted酸离子液体，包括烷基磺酸咪唑类离子液体、烷基磺酸吡啶类离子液体、烷基磺酸三苯基磷类离子液体、烷基磺酸烷基胺类离子液体等，其分子结构式分别为：
在上述离子液体中，所述烷基R1～R5的烷基碳链长0～20个碳原子，它们可以相同或不同，其中烷基胺上至少带一个烷基官能团。
在上述离子液体中，所述烷基R0的烷基碳链长1～20个碳原子。
在上述离子液体中，所述阴离子X-为HSO4 -、CF3SO3 -、NO3 -、BF4 -、PF6 -、CH3(C6H4)SO3 -、Cl-、H2PO4 -、CnH2n+1COO-、N(C2F5SO2)2 -、C(CF3SO2)3 -、CnH2n+1SO3 -、CF3COO-等。
在上述制备生物柴油的方法中，步骤1所述生物油脂为蓖麻油、菜籽油、大豆油、花生油、玉米油、鱼油、猪油或藻类油脂。
在上述制备生物柴油的方法中，步骤1所述短链醇为甲醇、乙醇、丙醇、丁醇或戊醇等。
在上述制备生物柴油的方法中，步骤1所述生物油脂与短链醇摩尔比在1∶30～1∶1范围内，生物油脂与离子液体催化剂摩尔比在300∶1～1∶1范围内。
在上述制备生物柴油的方法中步骤1所述反应温度为20～300℃，反应时间0.1～10h。
本发明提出的一种制备生物柴油的方法，具有如下优点：
1.采用离子液体作催化剂，催化剂稳定性好，不易水解，它同时拥有液体酸的高密度反应活性位和固体酸的不挥发性；
2.反应活性高，反应速度快，反应条件相对温和；
3.无设备腐蚀和环境污染等问题，生产过程环境友好，同时降低了设备耐腐蚀要求，缩短了工艺流程，节省投资费用；
4.催化剂与产物容易分离，催化剂可循环使用，有利于降低生产成本。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
在反应温度20℃，压力0.1MPa条件下，将混合均匀的蓖麻油、甲醇混合液(摩尔比1∶30)加入到硫酸氢甲基磺酸甲基咪唑离子液体催化剂中(蓖麻油与离子液体摩尔比1∶1)，搅拌，反应10小时后停止搅拌，将反应液静置分层，取出上层产品，下层催化剂循环使用。
实施例2
在反应温度300℃，压力2MPa条件下，将混合均匀的菜籽油、乙醇混合液(摩尔比1∶10)加入到三氟甲烷磺酸丁基磺酸吡啶离子液体催化剂中(菜籽油与离子液体摩尔比1∶1)，搅拌，反应0.1小时后停止搅拌，将反应液静置分层，取出上层产品，下层催化剂循环使用。
实施例3
在反应温度150℃，压力1MPa条件下，将混合均匀的大豆油、丙醇混合液(摩尔比1∶1)加入到对甲苯磺酸己基磺酸三苯基膦离子液体催化剂中(大豆油与离子液体摩尔比300∶1)，搅拌，反应5小时后停止搅拌，将反应液静置分层，取出上层产品，下层催化剂循环使用。
实施例4
在反应温度180℃，压力0.5MPa条件下，将混合均匀的花生油、丁醇混合液(摩尔比1∶5)加入到四氟硼酸辛基磺酸三甲胺离子液体催化剂中(花生油与离子液体摩尔比150∶1)，搅拌，反应3小时后停止搅拌，将反应液静置分层，取出上层产品，下层催化剂循环使用。
实施例5
在反应温度50℃，压力0.3MPa条件下，将混合均匀的玉米油、戊醇混合液(摩尔比1∶10)加入到三氟甲烷乙酸癸基磺酸丁基咪唑离子液体催化剂中(玉米油与离子液体摩尔比20∶1)，搅拌，反应7小时后停止搅拌，将反应液静置分层，取出上层产品，下层催化剂循环使用。
实施例6
在反应温度200℃，压力0.8MPa条件下，将混合均匀的鱼油、甲醇混合液(摩尔比1∶15)加入到硝酸丁基磺酸对甲基吡啶离子液体催化剂中(鱼油与离子液体摩尔比100∶1)，搅拌，反应3小时后停止搅拌，将反应液静置分层，取出上层产品，下层催化剂循环使用。
实施例7
在反应温度170℃，压力0.5MPa条件下，将混合均匀的猪油、乙醇混合液(摩尔比1∶10)加入到六氟化磷丁基磺酸二乙胺离子液体催化剂中(猪油与离子液体摩尔比100∶1)，搅拌，反应3小时后停止搅拌，将反应液静置分层，取出上层产品，下层催化剂循环使用。
实施例8
在反应温度280℃，压力1.5MPa条件下，将混合均匀的藻类油脂、甲醇混合液(摩尔比1∶5)加入到甲磺酸丁基磺酸己基咪唑离子液体催化剂中(藻类油脂与离子液体摩尔比100∶1)，搅拌，反应2小时后停止搅拌，将反应液静置分层，取出上层产品，下层催化剂循环使用。
Claims (9)
1、一种制备生物柴油的方法，其特征在于，所述方法依次按如下步骤进行：
(1)在反应温度20～300℃，反应压力0.1～2Mpa的条件下，将混合均匀的生物油脂、短链醇混合物加入到离子液体催化剂中，搅拌，进行酯交换反应；
(2)将步骤1的反应液静置分层，取出上层产品即为生物柴油，下层催化剂循环使用。
2、按照权利要求1所述的一种制备生物柴油的方法，其特征在于，步骤1所述离子液体催化剂为带-SO3H官能团的磺酸类Brnsted酸离子液体，包括烷基磺酸咪唑类离子液体、烷基磺酸吡啶类离子液体、烷基磺酸三苯基磷类离子液体、烷基磺酸烷基胺类离子液体，其分子结构式分别为：
3、按照权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述离子液体催化剂中烷基R1～R5的烷基碳链长0～20个碳原子，它们可以相同或不同，其中烷基胺上至少带一个烷基官能团。
4、按照权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述离子液体催化剂中烷基R0的烷基碳链长1～20个碳原子。
5、按照权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述离子液体催化剂中阴离子X-为HSO4 -、CF3SO3 -、NO3 -、BF4 -、PF6 -、CH3(C6H4)SO3 -、Cl-、H2PO4 -、CnH2n+1COO-、N(C2F5SO2)2 -、C(CF3SO2)3 -、CnH2n+1SO3 -、CF3COO-。
6、按照权利要求1所述的一种制备生物柴油的方法，其特征在于，步骤1所述生物油脂为蓖麻油、菜籽油、大豆油、花生油、玉米油、鱼油、猪油或藻类油脂。
7、按照权利要求1所述的一种制备生物柴油的方法，其特征在于，步骤1所述短链醇为甲醇、乙醇、丙醇、丁醇或戊醇。
8、按照权利要求1所述的一种制备生物柴油的方法，其特征在于，步骤1所述生物油脂与短链醇摩尔比在1∶30～1∶1范围内，生物油脂与离子液体催化剂摩尔比在300∶1～1∶1范围内。
9、按照权利要求1所述的一种制备生物柴油的方法，其特征在于，步骤1所述反应温度为20～300℃，反应时间0.1～10h。
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