一種樹脂基固體酸催化廢棄油脂合成生物柴油的方法
2023-10-11 08:02:14 1
專利名稱：一種樹脂基固體酸催化廢棄油脂合成生物柴油的方法
技術領域：
本發明涉及一種樹脂基固體酸催化廢棄油脂合成生物柴油的方法，屬於有機化學合成技術領域。
背景技術：
隨著石油等礦物資源的日益減少以及其對地球環境影響，開發新型綠色可再生燃油資源成為目前廣泛關注的問題。生物柴油是一種長鏈脂肪酸的單烷基酯，不含硫和芳烴，十六烷值高，並且潤滑性能好，是一種優質清潔燃料。同時，生物柴油具有傳統石化燃料不可比擬的優點，原料是可再生的生物質的油脂，產品本身環境友好，可生物降解，閃點高，無毒，揮發性有機物(VOC)含量低，熱值高、燃燒完全，不用更換和經常清洗髮動機，也是製造可生物降解的具有高附加值的精細化工產品原料。生物柴油最為重要的環保效應是以一種間接方式，通過C02重新轉變為碳氫化合物，使C02淨排放量大大降低。科學家們經研究認為，使用生物 質原料能源是一種比增加森林資源(作為C02吸收)更有作為和更有效的策略。生物柴油的生產方法主要是通過植物油或者動物脂肪與低級脂肪醇的酯交換反應來製備。通常使用的催化劑主要有酸催化、鹼催化、酶催化和超臨界法。鹼催化[盛梅等，高校化學工程學報，2004，18 (2) =231-236]多採用均相催化劑如NaOH、Κ0Η、甲醇鈉等，存在著對原料要求嚴格，需要無水無酸的苛刻條件，同時存在皂化現象，產品後處理複雜等缺點。酶催化[聶開立等，生物加工過程，2005，3(1):58-62]存在催化劑價格昂貴，容易失活，反應時間長等缺點。用超臨界非催化法存在反應溫度與壓力超過甲醇的臨界溫度與臨界壓力，生產工藝對設備要求高。酸催化法[Ono，Y. J. Catal, 2003, 216 (I—2) :406]具有反應活性高，對原料要求小，可以是高酸值或者含水的原料油，而且沒有皂化等副反應的發生。但傳統多使用硫酸等液體酸為催化劑，存在設備腐蝕嚴重，催化劑分離困難，無法重複使用等缺點。作為人口擁有量最多的國家，餐飲廢油(俗稱垃圾油、潲水油)一直是令人頭疼的問題，以餐飲廢油脂為原料，製備生物柴油，可以利國利民，這樣既能解決上述汙染問題，還能變廢為寶，降低生物柴油的製造成本。
發明內容
本發明的目的在於提供一種環境友好的樹脂基固體酸催化廢棄油脂合成生物柴油的方法。本發明通過以下技術方案解決此技術問題
一種樹脂基固體酸催化廢棄油脂合成生物柴油的方法，其特徵在於以廢棄油脂為原料，採用樹脂基固體酸作催化劑，與低級脂肪醇進行酯交換反應，反應結束後，將催化劑從反應混合物中過濾出來，經分液、水洗、鹼洗、蒸餾處理即可獲得生物柴油。進一步的設置在於
所述油脂、低級脂肪醇、催化劑的質量比為I O. 25 O. 5 O. 01 O. 02。樹脂基固體酸材料的製備方法如下在錐形瓶中加入間苯二酚，與原料摩爾比為I :0. 5 I的羥乙基磺酸為活性分子，加入與間苯二酚質量比為I :10 20的水配成溶液，在攪拌條件下滴加與間苯二酚摩爾比為I : I 2的甲醛溶液，置於在70°C烘箱中縮合30 120h後，得到紅色的固體，旋蒸至幹，得RF樹脂。將合成的樹脂置於石英管中，在氮氣條件下於180°C下進行碳化縮合2 10h，再進行水洗烘乾，得樹脂基固體酸。所述廢棄油脂為生產或餐飲業生產過程中獲得的潲水油、地溝油或煎炸油的任意一種或幾種。所述低級脂肪醇為甲醇、乙醇、丙醇、丁醇的任意一種。分離後的催化劑用於下次製備生物柴油的酯交換反應中。
一種樹脂基固體酸催化廢棄油脂合成生物柴油的方法，其特徵在於
第I步、樹脂基固體酸的製備
在錐形瓶中加入間苯二酚，與間苯二酚摩爾比為I :0. 5 I的羥乙基磺酸為活性分子，然後加入與間苯二酚質量比為I :10 20的水配成溶液，在攪拌條件下滴加與間苯二酚摩爾比為I :1 2的甲醛溶液，置於70°C烘箱中縮合30 120小時後，得到紅色的固體，旋蒸至幹，得RF樹脂，將樹脂置於石英管中，在氮氣條件下於180°C下進行碳化縮合2 10小時，再進行水洗烘乾，得黑色固體的樹脂基固體酸；
第2步、原料預處理
將廢棄油脂中加入硅藻土，硅藻土用量為廢棄油脂質量的O. 5 2%，接著在70°C下進行加熱攪拌I 4小時，過濾，濾液在100°C下進行減壓蒸餾除去其中的水分；
第3步、酯交換反應
在備有電磁攪拌，溫度計，回流冷凝管的IOOmL三頸瓶中加入步驟2處理後的油脂、低級脂肪醇、催化劑，油脂、低級脂肪醇、催化劑的質量比為I : O. 25 O. 5 O. 01 O. 02 ;進行加熱70°C回流攪拌12小時左右；
第4步、催化劑的分離及產物的純化
將步驟3製得的粗產品過濾，濾出的催化劑直接用於下次反應，濾液進行分液，分出下層甘油，上層產物加入質量分數為5 10%的NaHCO3溶液，NaHCO3溶液用量為上層產物質量的2 6倍，洗滌至中性，以除去未反應的游離脂肪酸，然後用分液漏鬥，分出上層有機相，以無水MgSO4乾燥，過濾除去乾燥劑，減壓蒸餾，得到近淺黃色透明的產品即為生物柴油。本發明涉及的化學反應式如下
權利要求
1.一種樹脂基固體酸催化廢棄油脂合成生物柴油的方法，其特徵在於以廢棄油脂為原料，採用樹脂基固體酸作催化劑，與低級脂肪醇進行酯交換反應，反應結束後，將催化劑從反應混合物中過濾出來，經分液、水洗、鹼洗、蒸餾處理即可獲得生物柴油。
2.根據權利要求I所述的一種樹脂基固體酸催化廢棄油脂合成生物柴油的方法，其特徵在於所述油脂、低級脂肪醇、催化劑的質量比為I : 0.25 : 0.01。
3.根據權利要求I或2所述的一種樹脂基固體酸催化廢棄油脂合成生物柴油的方法，其特徵在於樹脂基固體酸材料的製備方法如下在錐形瓶中加入間苯二酚，與原料摩爾比為I :0. 5 I的羥乙基磺酸為活性分子，加入與間苯二酚質量比為I :10 20的水配成溶液，在攪拌條件下滴加與間苯二酚摩爾比為I :1 2的甲醛溶液，置於在70°C烘箱中縮合30 120h後，得到紅色的固體，旋蒸至幹，得RF樹脂； 將合成的樹脂置於石英管中，在氮氣條件下於180°C下進行碳化縮合2 10h，再進行水洗烘乾，得樹脂基固體酸。
4.根據權利要求I所述的一種樹脂基固體酸催化廢棄油脂合成生物柴油的方法，其特徵在於所述廢棄油脂為生產或餐飲業生產過程中獲得的潲水油、地溝油或煎炸油的任意一種或幾種。
5.根據權利要求I所述的一種樹脂基固體酸催化廢棄油脂合成生物柴油的方法，其特徵在於所述低級脂肪醇為甲醇、乙醇、丙醇、丁醇的任意一種。
6.根據權利要求I所述的一種樹脂基固體酸催化廢棄油脂合成生物柴油的方法，其特徵在於分離後的催化劑用於下次製備的酯交換反應中。
7.根據權利要求I所述的一種樹脂基固體酸催化廢棄油脂合成生物柴油的方法，其特徵在於 第I步、樹脂基固體酸的製備 在錐形瓶中加入間苯二酚，與間苯二酚摩爾比為I :0. 5 I的羥乙基磺酸為活性分子，然後加入與間苯二酚質量比為I :10 20的水配成溶液，在攪拌條件下滴加與間苯二酚摩爾比為I :1 2的甲醛溶液，置於70°C烘箱中縮合30 120小時後，得到紅色的固體，旋蒸至幹，得RF樹脂，將樹脂置於石英管中，在氮氣條件下於180°C下進行碳化縮合2 10小時，再進行水洗烘乾，得黑色固體的樹脂基固體酸； 第2步、原料預處理 將廢棄油脂中加入硅藻土，硅藻土用量為廢棄油脂質量的1%，接著在70°C下進行加熱攪拌2小時，過濾，濾液在100°C下進行減壓蒸餾除去其中的水分； 第3步、酯交換反應 在備有電磁攪拌，溫度計，回流冷凝管的IOOmL三頸瓶中加入步驟2處理後的油脂、低級脂肪醇、催化劑，油脂、低級脂肪醇、催化劑的質量比為I : O. 25 O. 5 O. 01 O. 02 ;進行加熱70°C回流攪拌12小時左右； 第4步、催化劑的分離及產物的純化 將步驟3製得的粗產品過濾，濾出的催化劑直接用於下次反應，濾液進行分液，分出下層甘油，上層產物加入質量分數為50%的NaHCO3溶液，NaHCO3溶液用量為上層產物質量的5倍，洗滌至中性，以除去未反應的游離脂肪酸，然後用分液漏鬥，分出上層有機相，以無水MgSO4乾燥，過濾除去乾燥劑，減壓蒸餾，得到近淺黃色透明的產品即為生物柴油。
全文摘要
本發明公開了一種樹脂基固體酸催化廢棄油脂合成生物柴油的方法，屬於有機化學合成技術領域，其特徵在於以廢棄油脂為原料，採用樹脂基固體酸作催化劑，與低級脂肪醇進行酯交換反應，反應結束後，將催化劑從反應混合物中過濾出來，經分液、水洗、鹼洗、蒸餾處理即可獲得生物柴油。本發明具有催化效率高、產率高等優點。
文檔編號C10L1/02GK102618392SQ20121008303
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月27日 優先權日2012年3月27日
發明者梁學正 申請人:紹興文理學院