一种催化脂肪酸酯化反应的催化剂和脂肪酸酯绿色合成方法技术

本发明专利技术公开了一种催化脂肪酸酯化反应的催化剂和脂肪酸酯绿色合成方法，涉及有机合成技术领域。本发明专利技术的催化剂为含有单质元素铜、锌、铝、锡的一种或几种的金属组合物。合成方法包括以下步骤：将原料与催化剂按质量比为100:(0.1

【技术实现步骤摘要】
一种催化脂肪酸酯化反应的催化剂和脂肪酸酯绿色合成方法


[0001]本专利技术涉及有机合成
，特别是涉及一种催化脂肪酸酯化反应的催化剂和脂肪酸酯绿色合成方法。

技术介绍

[0002]脂肪酸酯是一类重要的精细化工产品，低分子量酯常作为有机溶剂、香料，高分子量的酯可作为燃料、润滑剂、增塑剂等。脂肪酸酯主要通过脂肪酸与醇进行酯化反应得到，也可以通过酯交换等反应得到。酯化反应是可逆反应，大多数酯化反应的反应速度均较慢，因此需选用合适的催化剂来加快酯化反应。早期酯化反应大多数采用酸作为催化剂，如硫酸、磷酸、三氯化铝等一些无机酸类。传统的浓硫酸虽具较好的催化效果、吸水性强、价格低廉等优点，但也存在着较多缺陷：如设备腐蚀性，容易发生氧化及脱水等副反应，催化剂无法回收利用，废水处理量大等。研究人员对可替代传统酯化催化剂进行了大量研究，希望能开发出高效环保的绿色催化剂。
[0003]林丹，在其论文“酯化反应催化剂研究新进展”(能源化工，第38卷第2期，2017年4月)中，介绍了近年来酯化反应中催化剂研究的进展情况，对相转移催化剂、室温离子液体催化剂、无机盐催化剂、树脂类催化剂、分子筛催化剂、杂多酸催化剂、固体超强酸催化剂等不同催化剂的特点进行了总结，比较了各类催化剂使用过程中的优缺点。金属盐作为的路易斯酸，催化脂肪酸酯化制备脂肪酸酯；金属氧化物作为固体碱，催化酯的醇解方面的研究较多，如脂肪酸和油脂制备作为生物柴油的脂肪酸甲酯等。岳红梅，在其论文“Ag-Cu/水滑石催化剂的制备及其在合成β-酮酯的酯交换反应中的应用”中公开了：采用溶胶-凝胶法,将活性组分Ag,Cu纳米颗粒负载于载体(活性炭(AC)、γ-Al2O3、MgO以及镁铝水滑石(HTs) (Mg：Al＝1：1～10：1))上,制备Ag-Cu负载型催化剂。主要以肉桂醇和乙酰乙酸乙酯的酯交换反应为探针反应,研究催化剂的催化性能。研究了载体的酸碱性影响发现当载体为酸性载体(γ-Al2O3)或者碱性载体(MgO) 时,产物的产率比较低。当载体为即具有酸性又具有碱性的时,尤其是 Mg:Al＝5:1的镁铝水滑石为载体时,制备的负载型催化剂Ag-Cu/HTs催化活性最高。同时研究了Ag,Cu的摩尔比对催化剂的催化活性影响,当Ag,Cu 的摩尔比为1.2：1的时候催化剂催化活性最高。对催化剂的制备方法研究表明：采用溶胶-凝胶法制备的催化剂颗粒尺寸较小(4nm左右),分布也比较均匀,催化活性较高。研究了反应温度、时间、溶剂以及催化剂的使用量等反应条件对酯交换反应的影响,结果表明当催化剂的用量为0.05g、反应时间6h、温度110℃、反应溶剂为DMF时,催化剂的催化活性最佳, 反应产率可达97％,说明催化剂Ag-Cu/HTs催化活性较高。研究了催化剂的稳定性,发现Ag-Cu/HTs催化剂放置40天后,催化剂的活性组分Ag,Cu的价态未发生变化,催化活性基本保持不变,同时对催化剂的重复使用性研究发现催化剂可以重复使用6次。将Ag-Cu/HTs催化剂拓展于一系列醇和酯的酯交换反应中,发现该催化剂在这些反应中也具有较高的催化活性。
[0004]作为路易斯酸的金属盐类廉价易得，在催化酯化反应方面具有较好的效果，但是酯化反应会产生水，不利于催化剂的回收利用，使用带水剂又会增加额外的成本。金属氧化
物，如碱金属氧化物多用于酯交换法制备一些酯类，原料的酸价不能太高，如油脂与甲醇进行酯交换法生产生物柴油。
[0005]同时，现有工艺在制备脂肪酸酯类精细化学品时，得到的脂肪酸酯的收率和产品的GC含量也较低，不能满足实际生产需要。
[0006]基于上述现状，提供一种易于回收、制备简单、无毒、廉价的酯化催化剂以及产品收率高、GC含量高的脂肪酸酯绿色合成工艺是目前亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种催化脂肪酸酯化反应的催化剂和脂肪酸酯绿色合成方法，以解决上述现有技术存在的问题，使催化剂的催化效率高、无毒无害且能够实现脂肪酸酯的收率高、GC含量高。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0009]本专利技术提供一种催化脂肪酸酯化反应的催化剂，所述催化剂为含有单质元素铜、锌、铝、锡的一种或几种的金属组合物。
[0010]进一步地，所述催化剂为铜锌合金，锌的含量为10-20wt％。
[0011]进一步地，所述催化剂为铜锡合金，锡的含量为3-25wt％。
[0012]进一步地，所述催化剂为铜铝合金，铜的含量为4-10wt％。
[0013]进一步地，所述催化剂为锌铝合金，铝的含量为3-14wt％。
[0014]进一步地，所述催化剂为锌锡合金，锌的含量为10-30wt％。
[0015]进一步地，所述催化剂为锡铝合金，锡的含量为10-25wt％。
[0016]进一步地，所述催化剂的粒径为50-200目。
[0017]本专利技术还提供一种脂肪酸酯的合成方法，包括以下步骤：
[0018](1)将原料与上述催化剂，按质量比为100:(0.1-30)的比例混合反应；
[0019]所述原料为脂肪酸和醇的混合物或油脂与醇的混合物；
[0020]反应温度为120-180℃，反应时间为0.5-20h；
[0021](2)反应结束后，将产物过滤，回收未反应的原料，得到粗酯；
[0022](3)将所述粗酯水洗后进行二次过滤；
[0023](4)将二次过滤后的粗酯进行水洗或减压分馏，得到脂肪酸酯。
[0024]进一步地，所述脂肪酸为1-18个碳原子的脂肪酸；所述油脂为脂肪酸甘油酯；所述醇为1-10个碳原子的伯醇或仲醇。
[0025]本专利技术公开了以下技术效果：
[0026]1、本专利技术通过廉价的锌、铝、锡单质金属或其合金作为酯化反应的催化剂，催化剂无毒，无腐蚀性，利于回收处理，对环境影响小。
[0027]2、本专利技术所用的催化剂具有制备简单、催化活性高、成本低的特点，金属合金催化剂，如铜锌合金、铜锡合金等，催化短链脂肪酸进行酯化时，催化剂耐受性更好，副反应少，易于分离。
[0028]3、本专利技术方法由于催化剂无毒，可用于合成香料或者食品添加剂用酯类。
[0029]4、由于废油脂中既含有脂肪酸，又含有脂肪酸甘油酯，传统的酸性催化剂虽然容易催化脂肪酸酯化，但不易催化脂肪酸甘油酯的醇解反应(醇解反应需碱性催化剂)，本发
明的合成方法能够处理废弃餐厨油脂等酸值高的废油脂，且处理方法简单，在实际生产中具有广泛的推广价值。
具体实施方式
[0030]现详细说明本专利技术的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本专利技术的限制，而应理解为是对本专利技术的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
[0031]应理解本专利技术中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本专利技术。另外，对于本专利技术中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种催化脂肪酸酯化反应的催化剂，其特征在于，所述催化剂为含有单质元素铜、锌、铝、锡的一种或几种的金属组合物。2.根据权利要求1所述的催化脂肪酸酯化反应的催化剂，其特征在于，所述催化剂为铜锌合金，锌的含量为10-20wt％。3.根据权利要求1所述的催化脂肪酸酯化反应的催化剂，其特征在于：所述催化剂为铜锡合金，锡的含量为3-25wt％。4.根据权利要求1所述的催化脂肪酸酯化反应的催化剂，其特征在于：所述催化剂为铜铝合金，铜的含量为4-10wt％。5.根据权利要求1所述的催化脂肪酸酯化反应的催化剂，其特征在于：所述催化剂为锌铝合金，铝的含量为3-14wt％。6.根据权利要求1所述的催化脂肪酸酯化反应的催化剂，其特征在于：所述催化剂为锌锡合金，锌的含量为10-30wt％。7.根据权利要求1所述的催化脂肪酸酯化反应的催化剂，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟中磊，蒋剑春，周永红，胡立红，赵振东，高守娜，廖仲秋，
申请(专利权)人：广西壮族自治区林业科学研究院，
类型：发明
国别省市：