固相法合成固体碱催化剂及其在生物柴油合成中的应用研究.pdf

化 工 进 展 ·62· CHEMICALINDUSTRYANDENGINEERINGPROGRESS 2008年第27卷增刊 固相法合成固体碱催化剂及其在生物柴油合成中的应用 梁学正，王有菲，杨建国 (华东师范大学，上海市绿色化学与化工过程绿色化重点实验室，上海200062) 摘要：采用固相反应法合成了新型固体碱催化剂，并将其用于生物柴油的合成．在优化催化荆合成的基础上， 系统考察了反应时间，催化剂的用量及催化剂重复使用等因素对反应的影响，优化了反应条件．结果表明，当反 应时间为2．0h、催化剂用量为0．059．甲醇用量为L15g、菜籽油用量为5g时、收率可迭99％以上。 关键词：固相反应9‘固体碱；生物柴油；合成；催化 近年来随着石油储量的日益减少以及人类对石 反应主要按以上方程式进行。 油燃烧所带来的地球环境影响的关注，开发新的对环 1．2仪器与试剂 境无害的可再生燃油成为工作重点。1983年美国科 学家GrahamQuick首先将哑麻子油的甲酯用于发动(GC—MS)、GC(日本岛津14B) 机，燃烧了1000h，并将可再生的脂肪酸单酯定义为 甲醇(AR)、乙酸镁(AR)、氢氧化钾(AR)、 生物柴油(biodiesel)【l】，生物柴油可作为石油燃料碳酸钾(AR)、氢氧化钠(AR)、碳酸钠(AR)、 的替代品，具有可再生、易生物降解、无毒、含硫量 菜籽油(AR)、花生油(AR)。 低和废气中有害物质排放量小、热值高、燃烧完全、 1．3固体碱的合成 不用更换和经常清洗发动机等优点，属环境友好型燃 固体碱催化剂主要采用固相反应法合成：取一 料。目前生物柴油主要是用化学法生产，即动植物油 定量的乙酸镁与碱金属氢氧化物或者碳酸盐，置于 脂与甲醇在强酸或碱催化下制备。传统的酯交换反应 研钵中进行室温下的研磨反应1～2h，此时，会放 采用均相催化剂【删，如NaOH、KOH、甲醇钠等，出大量的热，于烘箱中100℃烘干24h后，于马 用量约为1％(油重)左右，反应温度一般是甲醇的 弗炉中进行高温焙烧6h后，得到相应的固体碱催 沸点，反应速度快，转化率高，但同时也存在着明显 化剂。 的缺点，即产品需中和洗涤而带来大量的工业废水， 1．4生物柴油的合成 造成环境污染，后处理复杂；用超临界非催化法【5-即 在备有电磁搅拌、回流冷凝管、温度计的100 进行酯交换反应，反应时问短，转化率可达95％以 mL三颈瓶中加入一定量的油脂、甲醇和催化剂， 上，产品不需要洗涤，后处理简单，但醇油摩尔比高， 进行70℃加热搅拌，反应过程中定时取样，进行 反应温度与压力超过甲醇的临界温度与I临界压力，生 GC—MS定性和GC定量分析。反应结束后，甲醇进 产工艺对设备要求高；脂肪酶用于酯交换反应产品分 行减压蒸馏除去后，进行离心分层，上层为产物生 离及后处理方便，无废水产生，反应温度为室温，但 物柴油，中层为甘油和少量未反应完的油脂，下层 反应时间长达数天，脂肪酶的固定化、活性及价格是 主要为固体碱催化剂。上层直接进行色谱分析，催 关键[91；固体碱催化剂用于酯交换反应[10-111生产工艺化剂通过过滤回收，并用石油醚洗，烘干后直接用 简单，产品后处理方便，无废水产生。采用固相反应 于下次反应。 法合成了一系列新型固体碱，并将其用于催化油酯交 1．5产物分析 换反应，并考察其催化性能。 ’ 反应物和产物的定性由GC。MS分析，定量由 GC内标法定量，GC分析条件如下：DB．WAX毛 1实验部分 rnmX