針葉樹灰非均相催化劑的制備方法及該催化劑在合成生物柴油方面的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及催化劑加工領(lǐng)域，具體是一種針葉樹灰非均相催化劑的制備方法及該 催化劑在合成生物柴油方面的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來人們對生物柴油表現(xiàn)出濃厚的興趣，其原因主要包括生物柴油具有優(yōu)良的 環(huán)保、可再生性能、較好的安全、潤滑和燃燒性能等顯著優(yōu)勢。采用非均相催化法合成生物 柴油具有環(huán)境污染小，易過濾分離等優(yōu)點，因而成為生物柴油領(lǐng)域的研究熱點。盡管針對合 成生物柴油的非均相催化劑已經(jīng)開發(fā)出很多種類，如分子篩類固體酸、強酸性磺酸樹脂固 體酸、固體雜多酸、水滑石類固體堿等，但這些催化劑通常成本較高，無法應(yīng)用于工業(yè)化生 產(chǎn)。針對這一問題，有必要從催化劑原料角度入手，開發(fā)一種具有工業(yè)應(yīng)用前景的非均相催 化劑。
[0003] 采用自然界中的廢棄物作為催化劑原料，是降低生物柴油催化劑制備成本的重要 途徑。目前，研究人員開發(fā)了以雞蛋殼、牡蠣殼、鴕鳥蛋殼等動物殼類作為原料制備生物柴 油催化劑。由于動物殼類含有的豐富鈣基成分，因此可以制備成鈣基固體堿用于催化合成 生物柴油。然而以更為廉價易得的草木灰為活性組分的非均相催化劑制備及其應(yīng)用還鮮有 報道。
[0004] 長期以來，我國廣大農(nóng)村大多數(shù)以稻草、麥秸、玉米桿、棉花桿以及樹枝落葉作為 燃料，草木灰來源十分廣泛。草木灰含有植物體內(nèi)各種灰分元素，其中以鈣含量最多，然而 鈣含量在不同植物中也不相同。不同植物草木灰中的氧化鈣質(zhì)量百分含量(沈其榮，譚金 芳，錢曉晴.土壤肥料學通論[M].北京:高等教育出版社，2001.228 .)，如表1所示：
[0005] 表1不同植物草木灰中的氧化鈣含量
[0007]由表1可知，針葉樹灰中的氧化鈣質(zhì)量百分含量最高。因此，在不同植物草木灰中， 針葉樹灰是一類具有很大潛在應(yīng)用價值的催化劑原料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種針葉樹灰非均相催化劑的制備方 法，以及該催化劑在合成生物柴油方面的應(yīng)用。
[0009] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[0010] -種針葉樹灰非均相催化劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
[0011] (1)預(yù)處理：收集針葉樹自然脫落的枝葉，用去離子水進行清洗，在50-90°C干燥 10-15h，自然焚燒，待燃燒完全后，收集針葉樹灰；
[0012] (2)-次干燥與焙燒:將預(yù)處理后的針葉樹灰80-110°C干燥5-10h，然后放置于箱 式電阻爐中，在800-1000°C焙燒I-IOh;
[0013] (3)水化：用去離子水按照灰水比1:1-10與一次焙燒后的針葉樹灰混合，在30-60 °C 攪拌 l_3h;
[0014] (4)二次干燥與焙燒:先蒸去水化后的針葉樹灰含有的多余水分，在80-120°C干燥 l〇-15h，然后將干燥后的針葉樹灰放入箱式電阻爐中，在300-800°C進行二次焙燒I-IOh;
[0015] (5)成型:將二次焙燒后的針葉樹灰研磨成粉末，過80-100目篩，得到催化劑成品， 密封保存即可。
[0016] 所述的針葉樹灰非均相催化劑的制備方法，其特征在于，所述針葉樹選自雪松、紅 松、油松、猜子松、華山松、長白赤松、海岸松、濕地松、黑松、火炬松、馬尾松、福射松、云杉、 冷杉中的一種或多種。
[0017] 所述的針葉樹灰非均相催化劑的制備方法制得的非均相催化劑。
[0018] 所述的針葉樹灰非均相催化劑的制備方法制得的非均相催化劑在催化合成生物 柴油上的應(yīng)用。
[0019] 本發(fā)明提供的針葉樹灰非均相催化劑用于催化合成生物柴油的方法，具體步驟 為:將占油脂質(zhì)量分數(shù)為1-20%催化劑、油醇摩爾比為1:3-20的油脂和甲醇依次加入到裝 有溫度計、回流冷凝管的三口圓底燒瓶中，在40_100°C油浴下攪拌反應(yīng)l_6h。反應(yīng)結(jié)束后， 抽濾回收催化劑。濾液在分液漏斗中靜置分層，分離出上層的生物柴油相，將生物柴油相減 壓蒸餾分離出殘留甲醇即可得到生物柴油。所述油脂選自植物油、動物脂肪以及餐飲廢油。
[0020] 本發(fā)明的優(yōu)點為：
[0021] 1.催化劑原料來源廣泛，可以就地取材，適于工業(yè)化應(yīng)用；
[0022] 2.催化劑制備過程對環(huán)境無毒無害；
[0023] 3.催化劑的活性高，而且可以重復(fù)利用。
【附圖說明】
[0024] 圖1雪松灰和雪松灰催化劑的XRD譜圖，其中（a)為雪松灰，（b)為例1雪松灰催化 劑，（c)為例2雪松灰催化劑。
【具體實施方式】
[0025] 通過以下具體實施例說明本發(fā)明，并不限制本發(fā)明：
[0026] 以安徽省合肥市內(nèi)的雪松自然脫落的枝葉為催化劑原料。
[0027] 實施例1:首先將收集的雪松枝葉用去離子水進行清洗，在60°C干燥10h，自然焚 燒，待燃燒完全后，收集雪松灰;將預(yù)處理后的雪松灰在l〇〇°C干燥6h，然后放置于箱式電阻 爐中，在800°C焙燒2h;用去離子水按照灰水比1:2與一次焙燒后的雪松灰混合，在30°C攪拌 2h;先蒸除多余水分，在100°C干燥12h;然后將干燥后的樣品放入箱式電阻爐中，在500°C焙 燒2h;研成粉末，過100目篩，密封保存于干燥器內(nèi)。
[0028] 將占大豆油質(zhì)量分數(shù)為7%催化劑、油醇摩爾比為1:14的大豆油和甲醇依次加入 到裝有溫度計、回流冷凝管的三口圓底燒瓶中，在65°C油浴下攪拌反應(yīng)5h。反應(yīng)結(jié)束后，抽 濾回收催化劑。濾液在分液漏斗中靜置分層，分離出上層的生物柴油相，將生物柴油相減壓 蒸餾分離出殘留甲醇即可得到生物柴油。生物柴油轉(zhuǎn)化率為91.52%。
[0029] 實施例2:首先將收集的雪松枝葉用去離子水進行清洗，在65°C干燥llh，自然焚 燒，待燃燒完全后，收集雪松灰;將預(yù)處理后的雪松灰在ll〇°C干燥5h，然后放置于箱式電阻 爐中，在800°C焙燒2h;用去離子水按照灰水比1:3與一次焙燒后的雪松灰混合，在35°C攪拌 3h;先蒸除多余水分，在110°C干燥I Oh;然后將干燥后的樣品放入箱式電阻爐中，在600°C焙 燒2h;研磨成粉末，過100目篩，密封保存于干燥器內(nèi)。
[0030] 將占大豆油質(zhì)量分數(shù)為8%催化劑、油醇摩爾比為1:14的大豆油和甲醇依次加入 到裝有溫度計、回流冷凝管的三口圓底燒瓶中，在65°C油浴下攪拌反應(yīng)6h。反應(yīng)結(jié)束后，抽 濾回收催化劑。濾液在分液漏斗中靜置分層，分離出上層的生物柴油相，將生物柴油相減壓 蒸餾分離出殘留甲醇即可得到生物柴油。生物柴油轉(zhuǎn)化率為91.39 %。
[0031 ]實施例3:采用實施例1中的催化劑，酯交換反應(yīng)條件與實施例1相同，考察雪松灰 催化劑的重復(fù)利用性能，如表2所示：
[0032]表2雪松灰催化劑的重復(fù)利用性能
[0034]實施例中生物柴油的性能指標，如表3所示：
[0035]表3生物柴油的性能指標
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[0038]由表3可以看出，用本發(fā)明的催化劑制得的生物柴油的各項性能都達到國標要求。
【主權(quán)項】
1. 一種針葉樹灰非均相催化劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：（1)預(yù)處理： 收集針葉樹自然脫落的枝葉，用去離子水進行清洗，在50-90°C干燥10_15h，自然焚燒，待燃 燒完全后，收集針葉樹灰； (2) -次干燥與焙燒:將預(yù)處理后的針葉樹灰80-110°C干燥5-10h，然后放置于箱式電 阻爐中，在800-1000°C焙燒l-10h; (3) 水化：用去離子水按照灰水比1:1-10與一次焙燒后的針葉樹灰混合，在30-60°C攪 拌l_3h; (4) 二次干燥與焙燒:先蒸去水化后的針葉樹灰含有的多余水分，在80-120°C干燥10-15h，然后將干燥后的針葉樹灰放入箱式電阻爐中，在300-800°C進行二次焙燒l-10h; (5) 成型:將二次焙燒后的針葉樹灰研磨成粉末，過80-100目篩，得到催化劑成品，密封 保存即可。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的針葉樹灰非均相催化劑的制備方法，其特征在于，所述針葉樹 選自雪松、紅松、油松、獐子松、華山松、長白赤松、海岸松、濕地松、黑松、火炬松、馬尾松、輻 射松、云杉、冷杉中的一種或多種。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的針葉樹灰非均相催化劑的制備方法制得的非均相催化劑。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的針葉樹灰非均相催化劑的制備方法制得的非均相催化劑在合 成生物柴油上的應(yīng)用。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種針葉樹灰非均相催化劑的制備方法，以及該催化劑在合成生物柴油方面的應(yīng)用。首先收集針葉樹自然脫落的枝葉，然后通過清洗、干燥、焚燒等工藝得到針葉樹灰；一次干燥針葉樹灰后，控制焙燒的溫度和時間，對針葉樹灰進行一次焙燒；一次焙燒結(jié)束后，用去離子水攪拌混合；二次干燥針葉樹灰后，控制焙燒的溫度和時間，對針葉樹灰進行二次焙燒；最后將二次焙燒后的針葉樹灰研磨、過篩，密封保存。本發(fā)明的優(yōu)點是催化劑原料來源廣泛，可以就地取材，適于工業(yè)化應(yīng)用，催化劑制備過程對環(huán)境無毒無害，用于催化合成生物柴油具有較好的催化活性和重復(fù)利用性。
【IPC分類】C11C3/10, C10L1/02, B01J23/02
【公開號】CN105536764
【申請?zhí)枴緾N201510934358
【發(fā)明人】胡獻國, 李川, 徐玉福, 李豹, 俞東瑞, 鳳維民, 彭玉斌
【申請人】合肥工業(yè)大學
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2015年12月14日