由纳米磁性磺化煤催化制备生物柴油的方法技术

本发明专利技术提供一种由纳米磁性磺化煤催化制备生物柴油的方法，是将高酸价油脂与甘油在纳米磁性磺化煤的催化下，于１２０～１８０℃温度进行酯化反应，将酸价降低到３以下，形成低酸价油脂，然后在磁场的作用下，迅速将低酸价油脂与催化剂分离，低酸价油脂与甲醇在强碱性催化剂及共溶剂作用下，于６０℃反应１０分钟，反应产物在旋片式离心机作用下，连续分离生物柴油与粗甘油。纳米磁性磺化煤催化剂，具有强顺磁性，在强度０．７～０．８Ｔ磁场的作用下，能迅速聚集并与反应产物分离，反应产物经通用酯交换反应，精制得到淡黄色生物柴油。本发明专利技术解决了在酯化过程发生固体酸游离的问题，缩短了高酸价油脂酯化反应时间，减小了酸性催化剂对设备的腐蚀。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种生物柴油的制备方法，尤其涉及一种由纳米磁性催化剂催化制备生物柴油的方法。
技术介绍
高酸价油脂由于含有各种结构的游离脂肪酸，酸价高，难于由通用的酯交换法一步完成，其酯化工艺一直存在强酸性催化剂对设备腐蚀重，环境污染严重；固体超强酸低温催化活性不高，氢质子易于在醇类介质中游离，纳米催化剂不易与产物分离等弊端。高酸价油脂制备生物柴油的研究较多，如日本专利JP-A-7-197047和JP-A-9235573，制备生物柴油的原料就是食用废弃油脂。中国专利CN1891787A阐述了纳米磁性催化剂制备生物柴油的方法，采用的是固体超强酸为壳、四氧化三铁为核的磁性催化剂，这种催化剂最大缺点是氢质子易于在醇类介质中游离出来，从而造成对设备的酸性腐蚀。根据现有专利技术，还没有有效方法，阻止固体磁性酸催化剂氢质子在醇类介质中的游离。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的固体磁性酸催化剂氢质子易在醇类介质中游离对设备造成腐蚀的缺点，本专利技术提供了一种由纳米磁性磺化煤催化制备生物柴油的方法，本方法氢质子不易游离，催化剂易与产物分离。本专利技术采用如下技术方案：本专利技术采取以下路线制取生物柴油：(1)催化剂制备反应煤+硫酸+水→磺化煤浆料硫酸亚铁+氢氧化钠+水→氢氧化亚铁氢氧化亚铁+磺化煤浆料→磁性磺化煤催化剂(2)酯化反应(3)甲酯化反应-->一种由纳米磁性磺化煤催化制备生物柴油的方法，制备步骤为将100-150克的酸价为20～140的高酸价油脂与20-30克甘油在占高酸价油脂质量的2-5％的纳米磁性磺化煤的催化下，于1大气压、120～180℃下进行酯化反应1～4h，形成酸价≤3的低酸价油脂，然后在磁场的作用下，将低酸价油脂与纳米磁性磺化煤分离，将获得的低酸价油脂和甲醇在碱金属氢氧化物及共溶剂的作用下进行酯交换反应，产物离心分离得粗生物柴油和粗甘油，粗生物柴油精馏制得精制生物柴油。催化剂是以四氧化三铁为核，磺化煤为壳的纳米磁性磺化煤催化剂，具有强顺磁性，在磁场的作用下，能迅速聚集并与反应产物分离，该纳米磁性磺化煤催化剂的制备方法为：第一步，制备磺化煤浆料：煤与质量百分数为98％的浓硫酸反应，产物磺化煤水磨至浆状，浆料粒径为20-100nm，固含量为10％；第二步，制备氢氧化亚铁浆料：硫酸亚铁与氢氧化钠溶液反应，制得氢氧化亚铁浆料粒径在100-1000nm，固含量为20％的氢氧化亚铁浆料；第三步，制备磁性磺化煤：将10质量份第二步制得的氢氧化亚铁浆料，在搅拌下加入第一步制得的100质量份磺化煤浆料中，温度20～60℃，反应2小时，冷却，喷雾干燥，得粒径为100-1000nm的以四氧化三铁为核，磺化煤为壳的磁性磺化煤催化剂。其中制备磺化煤浆料步骤为：将原煤100克，质量百分数为98％的浓硫酸120克，在120～150℃的温度下，反应1～2小时，过滤，并水洗到中性，加入蒸馏水50～100克，水磨至浆状，制得磺化煤浆料粒径在20-100nm，固含量10％的磺化煤浆料。氢氧化亚铁浆料的制备方法为：将200ml浓度为0.02g/ml的硫酸亚铁溶液，10分钟内，在搅拌下加入20ml浓度为100g/L的氢氧化钠溶液中，反应20分钟，制得浆料粒径在100-1000nm，固含量20％的氢氧化亚铁浆料。所述的甲酯化反应步骤为：将制得的酸价≤3的低酸价油脂，预溶有碱金属氢氧化物的甲醇，共溶剂按摩尔比为1∶6∶0.3的比例加入温度为30-50℃的静态混合器中，混合后，进入50～60℃的管道式反应器中，循环反应10分钟，产物经离心分离得到粗生物柴油及粗甘油，粗生物柴油经精馏塔精馏，得精制生物柴油。所述的碱金属氢氧化物为氢氧化钾、氢氧化钠，氢氧化钙中的任意一种。所述的共溶剂为四氢呋喃，二氧六环，丁酮中的任意一种。所述的酸价为20～140的高酸价油脂为植物毛油、地沟油、泔水油或酸化油中的任意一种。-->与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：1)催化剂易与产物分离。为了实现高酸价油脂酯化反应产物与纳米催化剂快速分离的目的，本专利技术采用具有超顺磁性的纳米四氧化三铁为核，磺化煤为壳，磁场强度为0.7～0.8T条件下，快速聚集，达到纳米催化剂与产物快速分离的目的；2)低温催化活性高，反应转化率高。为了克服固体酸催化剂70℃以下低温催化活性不高的缺点，采用甘油作为降低酸价的醇类反应物，可进一步提高反应转化率，提高催化剂活性，避免使用甲醇造成高压状态。缩短了高酸价油脂酯化反应时间。3)不易产生游离氢质子，不易腐蚀设备。为了防止固体超强酸催化剂在酯化反应过程发生游离而腐蚀设备，采用不游离的磺化煤为磁性催化剂的壳体，进一步提高了催化剂的使用寿命，减小了环境污染。附图说明图1为纳米磁性磺化煤透射电镜(TEM)图。具体实施方式实施例1一种由纳米磁性磺化煤催化制备生物柴油的方法，是将酸价20～140的高酸价油脂、甘油，在相对油脂的质量百分比为2-5％的纳米磁性磺化煤的催化下，于120～180℃温度反应2～4小时，冷却到60℃，反应瓶置于强度为0.7～0.8T的磁场中，磁性催化剂在5～10分钟内迅速聚集在瓶底，待上层液体澄清透明后，真空吸收上层透明液体，得酸价低于3的液态油脂；将低酸价油脂，预溶有碱性金属氧化物的甲醇，共溶剂分别按摩尔比为1∶6∶0.3的比例经活塞泵加入预热温度为30-50℃的静态混合器中，充分混合后，进入60℃左右的管道式反应器中，循环反应10分钟左右，产物经旋片式离心机连续分离粗生物柴油及粗甘油，粗生物柴油经精馏塔连续精馏，得精制生物柴油。其中碱性金属氧化物为氢氧化钾、氢氧化钠或氢氧化钙，共溶剂为四氢呋喃、二氧六环或者丁酮；油脂所进行的酯化反应的醇类是甘油，催化剂是以四氧化三铁为核，磺化煤为壳的纳米磁性催化剂，磁性磺化煤催化剂具有强顺磁性，在磁场的作用下，能迅速聚集并与反应产物分离，该磁性催化剂可采用以下方法制备：将原煤100克，98％浓硫酸120克，在120～150℃的温度下，反应1～2小时，过滤，并水洗到中性，加入蒸馏水50～100克，水磨至浆状，使磺化煤浆料粒径控制在20-100nm，固含量10％，贮存备用。将200ml浓度为0.02g/ml的硫酸亚铁溶液，10分钟内，在搅拌下加入20ml浓度为-->100g/L的氢氧化钠溶液中，反应20分钟，控制浆料粒径在100-1000nm，固含量20％.将10份含20％粒径为100-1000nm的氢氧化亚铁，在不断搅拌下加入含磺化煤10％的浆量100份中，升温100℃，反应1小时，喷雾干燥，得100-1000nm的磁性磺化煤催化剂。上述天然油脂包括植物毛油、地沟油、泔水油以及酸化油等废弃油脂。实施例2将原煤100克，质量浓度为98％浓硫酸120克，在120～150℃的温度下，反应1～2小时，过滤，并水洗到中性，加入蒸馏水50～100克，水磨至浆状，使磺化煤浆料粒径控制在20-100nm，固含量10％，贮存备用。将200ml浓度为0.02g/ml的硫酸亚铁溶液，10分钟内，在搅拌下加入20ml浓度为100g/L的氢氧化钠溶液中，反应20分钟，控制浆料粒径在100-1000nm，固含量20％.将10质量份含20％wt的粒径为100-1000nm的氢氧化亚铁，在不断搅拌下加入含磺化煤10％wt的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由纳米磁性磺化煤催化制备生物柴油的方法，其特征在于制备步骤为将１００－１５０克的酸价为２０～１４０的高酸价油脂与２０－３０克甘油在占高酸价油脂质量的２－５％的纳米磁性磺化煤的催化下，于１大气压、１２０～１８０℃下进行酯化反应１～４ｈ，形成酸价≤３的低酸价油脂，然后在磁场的作用下，将低酸价油脂与纳米磁性磺化煤分离，将获得的低酸价油脂和甲醇在碱金属氢氧化物及共溶剂的作用下进行甲酯化反应，产物离心分离得粗生物柴油和粗甘油，粗生物柴油精馏制得精制生物柴油。

【技术特征摘要】
1.一种由纳米磁性磺化煤催化制备生物柴油的方法，其特征在于制备步骤为将100-150克的酸价为20～140的高酸价油脂与20-30克甘油在占高酸价油脂质量的2-5％的纳米磁性磺化煤的催化下，于1大气压、120～180℃下进行酯化反应1～4h，形成酸价≤3的低酸价油脂，然后在磁场的作用下，将低酸价油脂与纳米磁性磺化煤分离，将获得的低酸价油脂和甲醇在碱金属氢氧化物及共溶剂的作用下进行甲酯化反应，产物离心分离得粗生物柴油和粗甘油，粗生物柴油精馏制得精制生物柴油。2.根据权利要求1所述的由纳米磁性磺化煤催化制备生物柴油的方法，其特征在于所述的纳米磁性磺化煤按如下过程制备：第一步，制备磺化煤浆料：煤与质量百分数为98％的浓硫酸反应，产物磺化煤水磨至浆状，浆料粒径为20-100nm，固含量为10％；第二步，制备氢氧化亚铁浆料：硫酸亚铁与氢氧化钠溶液反应，制得氢氧化亚铁浆料粒径在100-1000nm，固含量为20％的氢氧化亚铁浆料；第三步，制备磁性磺化煤：将10质量份第二步制得的氢氧化亚铁浆料，在搅拌下加入第一步制得的100质量份磺化煤浆料中，在温度20～60℃，反应2小时，冷却，喷雾干燥，得粒径为100-1000nm的以四氧化三铁为核，磺化煤为壳的磁性磺化煤催化剂。3.根据权利要求2所述的由纳米磁性磺化煤催化制备生物柴油的方法，其特征在于第一步制备磺化煤浆料步骤为：将原煤100克，质量百分数为98％的浓硫酸120克，在120～150℃的温度...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂小安，蒋剑春，李书龙，周晶，陈水根，孟中磊，张天健，李翔宇，
申请(专利权)人：中国林业科学研究院林产化学工业研究所，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]