一种基于聚苯胺包覆碳材料的固体碱催化剂及其在制备生物柴油中的应用制造技术

本发明专利技术涉及一种基于聚苯胺包覆碳材料的固体碱催化剂及其在制备生物柴油中的应用，所述固体碱催化剂的制备方法如下：聚苯胺包覆生物碳材料与KF、K2CO3混合球磨6小时后，依次用水、无水乙醇洗涤，于90℃条件下真空干燥24h真空干燥即得所述固体碱催化剂。

A Solid Alkali Catalyst Based on Polyaniline Coated Carbon Material and Its Application in Biodiesel Production

The present invention relates to a solid alkali catalyst based on polyaniline coated carbon material and its application in biodiesel preparation. The preparation method of the solid alkali catalyst is as follows: after 6 hours ball milling of polyaniline coated biocarbon material with KF and K2CO3, the catalyst is washed with water and anhydrous ethanol sequentially, and dried in vacuum for 24 hours at 90 ~C. The solid base catalyst can be obtained by vacuum drying.

【技术实现步骤摘要】
一种基于聚苯胺包覆碳材料的固体碱催化剂及其在制备生物柴油中的应用
本专利技术属于生物柴油催化剂领域，具体涉及一种基于聚苯胺包覆碳材料的固体碱催化剂及其在制备生物柴油中的应用。
技术介绍
生物柴油因其环境友好性、可再生性成为各国研究的热点。生物柴油以植物油、动物脂肪油、废弃食用油等为原料，分别与低分子量的醇进行酯交换制得脂肪酸烷基单酯，其性质与矿物柴油非常接近，是一种可再生的清洁燃料。虽然已有很多制备生物柴油的方法，但是大规模工业化生产，仍采用传统的液体酸、碱等均相催化为主，常用的均相催化剂有CaO、H2SO4、NaOH等，其对设备腐蚀严重，且产物需进行中和洗涤，从而导致大量工业废水的产生，造成环境污染。本专利技术提供一种聚苯胺包覆生物碳材料负载的固体碱催化剂，其可以高效制备生物柴油，具有反应条件温和、易分离、可重复使用等特点。
技术实现思路
本专利技术提供一种聚苯胺包覆生物碳材料，其特征在于所述聚苯胺包覆生物碳材料的制备方法包括如下步骤：(1)取干燥的红薯叶，在氮气保护下，升温至600-700度，碳化5-6小时后，自然冷却至室温，得生物碳材料；(2)将步骤(1)得到的生物碳材料用盐酸溶液超声浸泡4-5小时后，加入苯胺，冰浴下，加入过硫酸铵溶液，继续在冰浴下反应6-10h，过滤、沉淀洗涤、干燥即得聚苯胺包覆生物碳材料。步骤(2)中所述盐酸的浓度优选1.0-2.0mol/L，每克生物碳材料使用10-15mL盐酸溶液，每克生物碳材料使用苯胺0.5mL，每毫升苯胺使用10-15mmol过硫酸铵，所述过硫酸铵溶液的浓度优选0.5-1.0mol/L；超声频率为30-40kHz。本专利技术的另一实施方案提供上述聚苯胺包覆生物碳材料在负载碱中的应用。本专利技术的另一实施方案提供一种聚苯胺包覆生物碳材料负载碱，其特征在于所述聚苯胺包覆生物碳材料负载碱的制备方法包括如下步骤：(1)取干燥的红薯叶，在氮气保护下，升温至600-700度，碳化5-6小时后，自然冷却至室温，得生物碳材料；(2)将步骤(1)得到的生物碳材料用盐酸溶液超声浸泡4-5小时后，加入苯胺，冰浴下，加入过硫酸铵溶液，继续在冰浴下反应6-10h，过滤、沉淀洗涤、干燥即得聚苯胺包覆生物碳材料。(3)将步骤(2)得到的聚苯胺包覆生物碳材料与KF、K2CO3混合球磨6小时后，依次用水、无水乙醇洗涤，于90℃条件下真空干燥24h真空干燥即得聚苯胺包覆生物碳材料负载碱。步骤(2)中所述盐酸的浓度优选1.0-2.0mol/L，每克生物碳材料使用10-15mL盐酸溶液，每克生物碳材料使用苯胺0.5mL，每毫升苯胺使用10-15mmol过硫酸铵，所述过硫酸铵溶液的浓度优选0.5-1.0mol/L；超声频率为30-40kHz。步骤(3)中聚苯胺包覆生物碳材料、KF、K2CO3的质量比为1:1:3。本专利技术的另一实施方案提供上述聚苯胺包覆生物碳材料负载碱在催化酯交换反应中的应用。本专利技术的另一实施方案提供上述聚苯胺包覆生物碳材料负载碱在制备生物柴油中的应用。本专利技术的另一实施方案提供一种生物柴油的制备方法，其特征在于包括如下步骤：(1)油脂的除酸处理：向油脂中加入适量的氢氧化钠水溶液，搅拌0.5-1.0h后，转入分液漏斗中，静置分层，收集上层液体，用50-60℃的水洗涤至中性后，加入环己烷，用分水器除去多余的水分，最后减压蒸馏除去环己烷，即得除酸油脂；(2)将步骤(1)中得到的除酸油脂、甲醇、催化剂混匀后，搅拌下加热至60-65℃，反应3-4小时后，过滤或离心回收催化剂，剩余的反应液经减压蒸馏蒸除甲醇后，静置分层，上层液体即为生物柴油，下层为甘油。步骤(1)中所述油脂优选大豆油、棕榈油、花生油、菜籽油或地沟油；氢氧化钠水溶液的浓度为0.2-0.3mol/L，油脂与氢氧化钠水溶液的体积比为4:1；环己烷体积优选油脂体积的1/3-1/4；步骤(2)中所述催化剂选自本专利技术上述聚苯胺包覆生物碳材料负载碱，其用量为除酸油脂质量的0.5-0.8％，除酸油脂与甲醇的质量比为1：8-10。本专利技术的另一实施方案提供上述聚苯胺包覆生物碳材料负载碱在制备脂肪酸甲酯中的应用。本专利技术的另一实施方案提供一种脂肪酸甲酯的制备方法，其特征在于包括如下步骤：将脂肪酸甘油脂、甲醇、催化剂混匀后，搅拌下加热至60-65℃，反应3-4小时后，过滤或离心回收催化剂，剩余的反应液经减压蒸馏蒸除甲醇后，静置分层，上层液体即为脂肪酸甲酯，下层为甘油。所述催化剂选自本专利技术上述聚苯胺包覆生物碳材料负载碱，其用量为脂肪酸甘油脂质量的0.5-0.8％，脂肪酸甘油脂与甲醇的质量比为1：8-10。所述脂肪酸甘油脂中脂肪酸的碳链长度优选C16-C20，脂肪酸甘油脂进一步优选油酸甘油酯、棕榈酸甘油酯；所述油酸甘油酯为单油酸甘油酯、双油酸甘油酯或三油酸甘油酯中的一种或几种混合；所述棕榈酸甘油酯为单棕榈酸甘油酯、双棕榈酸甘油酯或三棕榈酸甘油酯中的一种或几种混合。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：(1)本专利技术通过球磨的方法使聚苯胺包覆生物碳材料负载KF、K2CO3，得到一种新型固体碱，该固体碱能高效催化油脂(包括脂肪酸甘油酯)与甲醇间发生酯交换反应，制备生物柴油；(2)本专利技术所述聚苯胺包覆生物碳材料负载碱催化效率高、易分离，且可循环使用，使用6次，催化活性基本不变。附图说明图1是产品a的氮气吸附-脱附等温线图；图2是产品A的SEM图；图3是产品G的SEM图。具体实施方式为了便于对本专利技术的进一步理解，下面提供的实施例对其做了更详细的说明。但是这些实施例仅供更好的理解专利技术而并非用来限定本专利技术的范围或实施原则，本专利技术的实施方式不限于以下内容。实施例1(1)取干燥的红薯叶(400g)，在氮气保护下，升温至600度，碳化6小时后，自然冷却至室温，得生物碳材料；(2)取步骤(1)得到的生物碳材料(10g)用盐酸溶液(1.0mol/L，150mL)超声(30kHz)浸泡5小时后，加入苯胺(5mL)，冰浴下，加入过硫酸铵溶液(0.5mol/L，100mL)，继续在冰浴下反应10h，过滤、沉淀洗涤、干燥即得聚苯胺包覆生物碳材料(以下简称产品a)。实施例2(1)取干燥的红薯叶(400g)，在氮气保护下，升温至700度，碳化5小时后，自然冷却至室温，得生物碳材料；(2)取步骤(1)得到的生物碳材料(10g)用盐酸溶液(2.0mol/L，100mL)超声(40kHz)浸泡4小时后，加入苯胺(5mL)，冰浴下，加入过硫酸铵溶液(1.0mol/L，75mL)，继续在冰浴下反应6h，过滤、沉淀洗涤、干燥即得聚苯胺包覆生物碳材料(以下简称产品b)。实施例3取产品a(4g)与KF(4g)、K2CO3(12g)混合球磨6小时后，依次用水、无水乙醇洗涤，于90℃条件下真空干燥24h真空干燥即得聚苯胺包覆生物碳材料负载碱(以下简称产品A)。实施例4取产品b(3g)与KF(3g)、K2CO3(9g)混合球磨6小时后，依次用水、无水乙醇洗涤，于90℃条件下真空干燥24h真空干燥即得聚苯胺包覆生物碳材料负载碱(以下简称产品B)。实施例5取产品a(4g)与KF(4g)混合球磨6小时后，依次用水、无水乙醇洗涤，于90℃条件下真空干燥24h真空干燥得聚苯胺包覆生物碳材料负载碱(以下简称产品C)。实施例6取产品a(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚苯胺包覆生物碳材料负载碱，其特征在于所述聚苯胺包覆生物碳材料负载碱的制备方法包括如下步骤：(1)取干燥的红薯叶，在氮气保护下，升温至600‑700度，碳化5‑6小时后，自然冷却至室温，得生物碳材料；(2)将步骤(1)得到的生物碳材料用盐酸溶液超声浸泡4‑5小时后，加入苯胺，冰浴下，加入过硫酸铵溶液，继续在冰浴下反应6‑10h，过滤、沉淀洗涤、干燥即得聚苯胺包覆生物碳材料；(3)将步骤(2)得到的聚苯胺包覆生物碳材料与KF、K2CO3混合球磨6小时后，依次用水、无水乙醇洗涤，于90℃条件下真空干燥24h真空干燥即得聚苯胺包覆生物碳材料负载碱。

【技术特征摘要】
1.一种聚苯胺包覆生物碳材料负载碱，其特征在于所述聚苯胺包覆生物碳材料负载碱的制备方法包括如下步骤：(1)取干燥的红薯叶，在氮气保护下，升温至600-700度，碳化5-6小时后，自然冷却至室温，得生物碳材料；(2)将步骤(1)得到的生物碳材料用盐酸溶液超声浸泡4-5小时后，加入苯胺，冰浴下，加入过硫酸铵溶液，继续在冰浴下反应6-10h，过滤、沉淀洗涤、干燥即得聚苯胺包覆生物碳材料；(3)将步骤(2)得到的聚苯胺包覆生物碳材料与KF、K2CO3混合球磨6小时后，依次用水、无水乙醇洗涤，于90℃条件下真空干燥24h真空干燥即得聚苯胺包覆生物碳材料负载碱。2.权利要求1所述的聚苯胺包覆生物碳材料负载碱，其特征在于步骤(2)中所述盐酸的浓度优选1.0-2.0mol/L，每克生物碳材料使用10-15...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛楚畅，韦玲，罗志臣，王雪源，戴凯麒，葛本，
申请(专利权)人：扬州工业职业技术学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32