本發(fā)明涉及生物柴油制備，尤其涉及一種固相酸堿雙性催化劑及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、本發(fā)明背景技術(shù)中公開的信息僅僅旨在增加對(duì)本發(fā)明的總體背景的理解，而不必然被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已經(jīng)成為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

2、生物柴油作為一種生物燃料，具有無毒、可再生且可生物降解以及與石油基柴油相比更加優(yōu)越燃燒性能的特性。酯交換法是生物柴油的重要生產(chǎn)方法之一，目前用于酯交換法生產(chǎn)生物柴油的催化劑分為均相催化劑和非均相催化劑。均相催化劑雖然具有較好的催化活性，但回收困難。非均相催化劑易于回收分離，主要分為固相堿催化劑和固相酸催化劑。

3、低品位高酸值油脂來源廣，利用其制備生物柴油將有效降低生物柴油的生產(chǎn)成本。然而，傳統(tǒng)的固相堿催化劑在低品位高酸值油脂酯交換生產(chǎn)生物柴油中會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的皂化反應(yīng)，導(dǎo)致催化劑失活，不僅降低生物柴油的產(chǎn)率，而且使產(chǎn)物分離困難，增加生物柴油生產(chǎn)成本；固相酸催化劑雖然具有更優(yōu)的耐酸性，但其催化活性有限，在制備生物柴油的過程中反應(yīng)時(shí)間較長或反應(yīng)溫度較高。目前有報(bào)道將固相酸堿雙性催化劑用于低品位高酸值油脂的酯交換反應(yīng)中，但現(xiàn)有的固相酸堿雙性催化劑原料成本較高，而且在催化過程中活性位與載體間的相互作用較弱，導(dǎo)致活性位易浸出，重復(fù)使用性能較差，使用壽命短。

4、因此，如何提供一種原料來源廣、成本低廉且用于低品位高酸值油脂的生物柴油生產(chǎn)中時(shí)具有良好催化活性及重復(fù)使用性能的固相酸堿雙性催化劑是亟待解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供了一種固相酸堿雙性催化劑及其制備方法和應(yīng)用，能有效解決現(xiàn)有固相酸堿雙性催化劑原料成本較高、活性位易浸出、重復(fù)使用性能較差的問題。

2、第一方面，本發(fā)明提供了一種固相酸堿雙性催化劑，其以蒙脫石作為載體，以氧化鋇和氧化鋅作為活性組分，所述氧化鋅與氧化鋇的摩爾比為(0.1～0.5):1，所述活性組分總質(zhì)量與蒙脫石的質(zhì)量比為(0.8～1.2):1。

3、優(yōu)選的，所述氧化鋅與氧化鋇的摩爾比為(0.1～0.3):1，所述活性組分總質(zhì)量與蒙脫石的質(zhì)量比為(0.9～1.1):1。

4、第二方面，本發(fā)明提供了上述固相酸堿雙性催化劑的制備方法，包括如下步驟：

5、將蒙脫石加入到鋇鹽和鋅鹽的混合水溶液中，攪拌浸漬后進(jìn)行干燥，獲得催化劑前驅(qū)體；

6、將催化劑前驅(qū)體進(jìn)行煅燒、研磨，即得。

7、優(yōu)選的，所述鋇鹽選自硝酸鋇，所述鋅鹽選自硝酸鋅或醋酸鋅。

8、優(yōu)選的，所述攪拌浸漬的溫度為40～60℃，攪拌浸漬的時(shí)間為10～20h，攪拌的轉(zhuǎn)速為200～600rpm。

9、優(yōu)選的，所述干燥的溫度為60～100℃，干燥的時(shí)間為5～20h。

10、優(yōu)選的，所述煅燒過程的升溫速率為2～10℃/min，煅燒的溫度為700～800℃，保溫煅燒時(shí)間為3～5h；所述煅燒在空氣氛圍下進(jìn)行。

11、第三方面，本發(fā)明提供了上述固相酸堿雙性催化劑在催化低品位高酸值油脂生產(chǎn)生物柴油中的應(yīng)用，所述低品位高酸值油脂的酸值為5～20mg?koh/g。

12、第四方面，本發(fā)明提供了一種催化低品位高酸值油脂制備生物柴油的方法，包括如下步驟：

13、將上述固相酸堿雙性催化劑、低品位高酸值油脂和甲醇混合后，通過酯交換反應(yīng)制備生物柴油；所述低品位高酸值油脂的酸值為5～20mg?koh/g。

14、優(yōu)選的，所述固相酸堿雙性催化劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3～7wt％；所述低品位高酸值油脂和甲醇的摩爾比為1：(12～18)。

15、優(yōu)選的，所述酯交換反應(yīng)的反應(yīng)溫度為150～170℃，反應(yīng)時(shí)間為2～4h。

16、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明取得了以下有益效果：

17、(1)本發(fā)明提供的固相酸堿雙性催化劑以蒙脫石作為載體，以氧化鋇和氧化鋅作為活性組分，原料成本低廉，在重度酸化的低品位油脂制備生物柴油中展現(xiàn)出良好的耐酸性和催化活性，反應(yīng)條件較為溫和，反應(yīng)時(shí)間短，首次生物柴油產(chǎn)率最高能達(dá)到95％以上，而且催化劑易分離回收；同時(shí)，活性組分和載體之間具有強(qiáng)相互作用，活性位不易浸出，能夠重復(fù)使用4次以上，催化劑使用壽命長；

18、(2)本發(fā)明提供的固相酸堿雙性催化劑的制備方法簡單，易于規(guī)?；a(chǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種固相酸堿雙性催化劑，其特征在于，以蒙脫石作為載體，以氧化鋇和氧化鋅作為活性組分，所述氧化鋅與氧化鋇的摩爾比為(0.1～0.5):1，所述活性組分總質(zhì)量與蒙脫石的質(zhì)量比為(0.8～1.2):1。

2.如權(quán)利要求1所述的固相酸堿雙性催化劑的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

3.如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述鋇鹽選自硝酸鋇，所述鋅鹽選自硝酸鋅或醋酸鋅。

4.如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述攪拌浸漬的溫度為40～60℃，攪拌浸漬的時(shí)間為10～20h，攪拌的轉(zhuǎn)速為200～600rpm。

5.如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述干燥的溫度為60～100℃，干燥的時(shí)間為5～20h。

6.如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述煅燒過程的升溫速率為2～10℃/min，煅燒的溫度為700～800℃，保溫煅燒時(shí)間為3～5h；所述煅燒在空氣氛圍下進(jìn)行。

7.如權(quán)利要求1所述的固相酸堿雙性催化劑在催化低品位高酸值油脂生產(chǎn)生物柴油中的應(yīng)用，其特征在于，所述低品位高酸值油脂的酸值為5～20mg?koh/g。

8.一種催化低品位高酸值油脂制備生物柴油的方法，其特征在于，包括如下步驟：

9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述固相酸堿雙性催化劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3～7wt％；所述低品位高酸值油脂和甲醇的摩爾比為1：(12～18)。

10.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述酯交換反應(yīng)的反應(yīng)溫度為150～170℃，反應(yīng)時(shí)間為2～4h。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種固相酸堿雙性催化劑及其制備方法和應(yīng)用，屬于生物柴油制備技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明提供的固相酸堿雙性催化劑以蒙脫石作為載體，以氧化鋇和氧化鋅作為活性組分，所述氧化鋅與氧化鋇的摩爾比為(0.1～0.5):1，所述活性組分總質(zhì)量與蒙脫石的質(zhì)量比為(0.8～1.2):1。本發(fā)明原料成本低廉，所述固相酸堿雙性催化劑在重度酸化的低品位油脂制備生物柴油中展現(xiàn)出良好的耐酸性和催化活性，反應(yīng)條件較為溫和，反應(yīng)時(shí)間短，生物柴油產(chǎn)率最高能達(dá)到95％以上，而且催化劑易分離回收；同時(shí)，活性組分和載體之間具有強(qiáng)相互作用，活性位不易浸出，能夠重復(fù)使用4次以上，催化劑使用壽命長；該固相酸堿雙性催化劑的制備方法簡單，易于規(guī)模化生產(chǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：牛勝利,劉濟(jì)森,韓奎華,夏孫文,王永征
受保護(hù)的技術(shù)使用者：山東大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/9