一种以动物骨头为载体的固体碱生物柴油催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种以动物骨头为载体的固体碱生物柴油催化剂及其制备方法。该制备方法包括如下步骤：将洗净的猪骨头干燥和粉碎后，热解得到生物炭；生物炭与氢氧化钾溶液混合搅拌进行过滤，过滤物用去离子水进行洗涤，至洗涤过滤物后的水溶液PH值为6.8～7.2，过滤物干燥，得到活化后的生物炭；将活化后的生物炭加入碳酸钾溶液中搅拌均匀得到复合催化剂，干燥煅烧后得到固体碱生物催化剂。本发明专利技术使用猪骨头制备催化剂载体，猪骨头含有丰富的有机质，其热解得到的生物炭主要成分为羟磷灰石和碳，羟磷灰石可与活性物质K2CO3相互作用形成KCaPO4结构，此结构可以有效防止金属离子K+的流失，确保催化剂的催化活性与催化稳定性。 1

Solid base biodiesel catalyst with animal bones as carrier and preparation method thereof

The invention provides a solid base biodiesel catalyst with animal bones as a carrier and a preparation method thereof. The preparation method includes the following steps: after drying and crushing the washed pig bones, the Biocharcoal is pyrolyzed, the biological charcoal is mixed with the potassium hydroxide solution, and the filtrate is washed with deionized water. The pH value of the water solution is 6.8 to 7.2 after the washing filter, and the activated carbon is obtained by the drying of the filter. The activated biochar was added to the potassium carbonate solution to prepare the composite catalyst evenly and then the solid base biocatalyst was obtained after drying and calcining. The invention uses pig bone to prepare catalyst carrier. The pig bone contains rich organic matter. The main components of the pyrolytic biochar are hydroxyapatite and carbon. The hydroxyapatite can interact with the active substance K2CO3 to form a KCaPO4 structure. This structure can effectively prevent the loss of metal ion K + and ensure the catalytic activity of the catalyst. And catalytic stability. One

【技术实现步骤摘要】
一种以动物骨头为载体的固体碱生物柴油催化剂及其制备方法
：本专利技术属于生物柴油催化剂
，具体涉及一种以动物骨头为载体的固体碱生物柴油催化剂及其制备方法。
技术介绍
：传统能源的日益枯竭需要开发新的可再生能源，生物柴油作为一种无毒、绿色、可再生的新能源被广泛的关注。生物柴油主要是通过动植物油脂或高酸值废弃油脂等为原料与甲醇经酯交换反应制得。传统的生物柴油生产中利用均相催化来制备，虽然此方法催化反应快，生物柴油的收率高，但均相反应存在易腐蚀设备、产物后处理复杂、不易回收并且产生大量废水等问题。因此，非均相催化剂在生产生物柴油中的应用备受关注。非均相催化剂的种类很多，主要有金属氧化物、水滑石、离子交换树脂、沸石等。但这些催化剂大部分价格比较昂贵，限制了其应用于大规模的工业化生产。为了解决这个问题，近年来固体废弃物资源作为催化剂或催化剂载体的研究越来越多。动物骨头作为一种固体废弃物也被用作制备生物柴油催化剂。动物骨头经过煅烧得到的生物炭主要含羟磷灰石结构，是理想的催化剂原料，可以直接用作催化剂使用。科学家们为了进一步提高催化剂的催化活性，将动物骨头生物炭作为载体负载活性物质制备成复合固体碱催化剂，比如利用牛骨、鱼骨等负载CaO和K2CO3等活性物质。但现有的复合催化剂存在固体碱催化剂活性组分在反应中易流失，在较高温度条件下容易失活，且催化效率不高的问题。
技术实现思路
：本专利技术的目的是提供一种以动物骨头为载体的固体碱生物柴油催化剂及其制备方法，本专利技术提出采用猪骨头制备催化剂载体，为了增加生物炭的比表面积使其负载效果更佳，利用活性物质氢氧化钾对生物炭进行活化处理，利用湿式浸渍法将活性物质碳酸钾均匀的负载在载体的表面，得到的生物柴油催化剂催化活性强，生物柴油的产率可达到98.2％。本专利技术的第一个目的是提供了一种以动物骨头为载体的固体碱生物柴油催化剂的制备方法，包括如下步骤：(1)将洗净的猪骨头经干燥和粉碎后，得粉末固体，粉末固体在氮气气氛下550℃～750℃热解2h后得到生物炭；(2)将步骤(1)得到的生物炭与氢氧化钾溶液混合搅拌1h得混合溶液，转速为600～700r/min，生物炭与氢氧化钾的质量比为1:14～1:42，对混合溶液进行过滤，得到过滤物，过滤物用去离子水进行若干次洗涤，至洗涤过滤物后的水溶液PH值为6.8～7.2，然后将洗涤后的过滤物干燥，得到活化后的生物炭；(3)将步骤(2)得到的活化后的生物炭加入碳酸钾溶液中搅拌均匀得到复合催化剂，所述的活化后的生物炭与碳酸钾的质量比为3:2～4:1，所述的复合催化剂干燥后，在氮气气氛下450℃～650℃煅烧2h得到所述的固体碱生物柴油催化剂。本专利技术使用猪骨头制备催化剂载体，猪骨头含有丰富的有机质，其热解得到的生物炭主要成分为羟磷灰石和碳。羟磷灰石可与活性物质K2CO3相互作用形成KCaPO4结构，此结构的形成可以有效的防止金属离子K+的流失，确保催化剂的催化活性与催化稳定性。优选地，步骤(1)中制备粉末固体的具体步骤为：将洗净的猪骨头，在105℃的烘箱里烘干24h后，用粉碎机进行粉碎，过160～180目筛，得到粉末固体。优选地，步骤(2)中所述的氢氧化钾溶液的摩尔浓度为1.00～3.00mol/L，步骤(3)中所述的活化后的生物炭与碳酸钾的质量比为7:3。本专利技术的第二个目的是提供一种上述制备方法制备得到的以动物骨头为载体的固体碱生物柴油催化剂。该催化剂的催化活性强，生物柴油的产率可达到98.2％，可重复性利用性好，经过10次循环利用后，生物柴油产率仍然大于88.3％。本专利技术的第三个目的是提供了上述固体碱生物柴油催化剂在催化制备生物柴油中的应用。制备生物柴油的具体步骤包括：将上述固体碱生物柴油催化剂与棕榈油和甲醇放入到装有磁力搅拌装置的反应容器中，同时反应容器的顶部安装有回流冷凝管，开动搅拌，加热到65℃，在温度保持为65℃的条件下反应3h反应液静置分层，离心分离催化剂，液相产物用分液漏斗分层，倾出上层液体，减压蒸出未反应的底物甲醇，得到生物柴油。与现有的技术相比，本专利技术具有以下优点：首先，原料猪骨头为固体废弃物，来源广泛，价格低廉；其次，利用氢氧化钾对生物炭进行活化，增大了生物炭的比表面积，提高其负载量，同时增大反应中的催化剂与反应物的接触面积，制备得到的催化剂的催化活性强，生物柴油的产率可达到98.2％，可重复性利用性好，经过10次循环利用后，生物柴油产率仍然大于88.3％；最后，该制备方法工艺简单、环保、价格低廉，且易于实现。附图说明：图1为本专利技术实施例1制备的固体碱生物柴油催化剂SEM照片；图2为本专利技术实施例1制备的固体碱生物柴油催化剂的红外谱图；图3为本专利技术实施例1制备的固体碱生物柴油催化剂XRD图。具体实施方式：以下实施例是对本专利技术的进一步说明，而不是对本专利技术的限制。实施例1：以动物骨头为载体的固体碱生物柴油催化剂的制备方法，包括如下步骤：(1)将猪骨头进行清洗，并在105℃的干燥箱里干燥24h，烘干后的猪骨头用粉碎机进行粉碎，过170目筛，得到粉末固体，粉末固体在氮气气氛下进行650℃热解2h得到生物炭。(2)将步骤(1)得到的生物炭2g与体积为500mL、浓度为2mol/L的KOH溶液进行混合，在转速为700r/min条件下搅拌1h，对所得混合溶液进行过滤，得到的过滤物用去离子水进行5次洗涤，洗涤后的水溶液PH值为7.0，过滤物置于105℃的烘箱里干燥24h，得到活化后的生物炭。(3)取0.6gK2CO3溶于100mL水中制得K2CO3溶液，称取步骤(2)得到的活化后的生物炭1.4g溶于K2CO3溶液中，在转速为700r/min条件下搅拌3h，进行碳酸钾负载量为30％的催化剂的制备，搅拌过后的溶液置于105℃的干燥箱里烘干24h后，然后在氮气气氛下550℃煅烧2h，即得到以猪骨头为载体的固体碱生物柴油催化剂。为了检测催化剂的表面结构与官能团，对催化剂进行SEM、FTIR及XRD分析，如图1～3所示。图1所展示的是催化剂的SEM图，可以看出催化剂的主要结构为树枝状结构，负载的K2CO3镶嵌在枝状结构中，从而形成一个共同的体系。图2所示的是催化剂的红外分析图，图中可知，波数在565cm-1和1053cm-1处的峰为P–O基团的拉伸振动峰，波数在870cm-1处的振动峰为CO32-集团的振动位置，1457cm-1和1385cm-1处的振动为碳酸盐K2CO3的振动。图3所示的为催化剂的XRD谱图，图中显示了催化剂表面的主要成分为羟磷灰石(hydroxyapatite)，分别处于2θ＝25.80°、32.2°、39.84°、46.5°和49.2°处，同时还具有KCaPO4(2θ＝45°)和β-Ca3(PO4)2(2θ＝30.45°)两种物质。为了检验催化剂的催化活性，将实施例1合成的以猪骨头为载体的固体碱生物柴油催化剂1.2g、棕榈油15g和甲醇3.75g放入到100mL装有磁力搅拌装置的圆底烧瓶中，同时圆底烧瓶的顶部安装有回流冷凝管，开动搅拌，加热到65℃，在温度保持为65℃的条件下反应3h反应液静置分层，离心分离催化剂，液相产物用分液漏斗分层，倾出上层液体，减压蒸出未反应的底物甲醇，得到生物柴油。采用气相色谱法分析生物柴油的产率，实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种以动物骨头为载体的固体碱生物柴油催化剂的制备方法，其特征在于，包括如

【技术特征摘要】
1.一种以动物骨头为载体的固体碱生物柴油催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将洗净的猪骨头经干燥和粉碎后，得粉末固体，粉末固体经550℃～750℃热解后得到生物炭；(2)将步骤(1)得到的生物炭与氢氧化钾溶液混合搅拌得混合溶液，生物炭与氢氧化钾的质量比为1:14～1:42，对混合溶液进行过滤，得到过滤物，过滤物用去离子水进行若干次洗涤，至洗涤过滤物后的水溶液PH值为6.8～7.2，然后将洗涤后的过滤物干燥，得到活化后的生物炭；(3)将步骤(2)得到的活化后的生物炭加入碳酸钾溶液中搅拌均匀得到复合催化剂，所述的活化后的生物炭与碳酸钾的质量比为3:2～4:1，复合催化剂干燥后，经450℃～650℃煅烧得到所述的固体碱生物柴油催化剂。2.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁浩然，王舒笑，单锐，顾菁，
申请(专利权)人：中国科学院广州能源研究所，
类型：发明
国别省市：广东,44