一种生物柴油磁性双组分钙基固体碱催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种生物柴油磁性双组分钙基固体碱催化剂及其制备方法和应用。将MCl2和FeCl3·

【技术实现步骤摘要】
一种生物柴油磁性双组分钙基固体碱催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于生物质能源
，具体涉及一种生物柴油磁性双组分钙基固体碱催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]传统的化石能源有力地推动了社会的发展，但其燃烧带来了严重的环境污染问题，且具有不可再生性，然而，人类对能源的需求却在不断增加，在此矛盾的推动下，发展可再生的清洁能源势在必行。生物柴油将成为极具潜力的替代燃料。目前，利用均相或多相催化剂通过对动植物油脂、餐饮废油、微藻等可再生资源进行酯交换反应是生产生物柴油的主要途径，其中，催化剂是核心。均相催化剂催化的酯交换反应是商业化应用最为广泛的技术，但常规的NaOH、KOH等均相催化剂存在环境污染和回收成本高的问题。多相(固体)催化剂具有催化活性高、酯交换过程容易分离等优点，可以克服均相催化剂存在的问题。
[0003]氧化钙(CaO)作为一种典型的多相催化剂，由于其碱性强、来源广，在生物柴油生产中显示出巨大的潜力。然而，Ca
2+
的浸出是一个非常麻烦的问题，KF/CaO催化剂通过加入KF有效地减轻了CaO的浸出，提高了催化活性，但通过离心力分离催化剂仍然费时费力。因此将 CaO固定在磁性载体上被创新性地提出，锚CaO@Fe3O4、CaO@γ
‑
Fe2O3、KF/CaO@Fe3O4、 CaO/CoFe2O4等催化剂被报导，均表现出优异的磁性和催化性能，易于磁性分离，且具有较好得重复使用性。然而，这类催化剂大多数具有单一的活性组分，在第三次循环后催化活性出现显著下降。因此，有必要开发多活性组分且具有协同作用的复合钙基固体碱催化剂来更有效解决活性组分流失的问题，提高催化剂的稳定性和重复使用性。

技术实现思路

[0004]为了更加有效地解决单一组分磁性钙基固体碱作为催化剂存在的活性组分易于流失、重复使用性差等问题，本专利技术首先通过水热法制备了磁核为MFe2O4和Fe2O3的混合物，其次通过共沉淀法将活性组分CaO和Ca2Fe2O5负载到磁核表面。其中活性组分CaO和Ca2Fe2O5具有一定的协同作用，核与壳之间具有一定的作用，构建了一个稳定、复杂、交联的多相有效协同作用体系，显示了其优异的催化性能，且有效降低了CaO的浸出度，提高了催化剂的重复使用性和寿命。
[0005]本专利技术所提供的技术方案如下：
[0006]一种生物柴油磁性双组分钙基固体碱催化剂其制备方法，首先制备磁核，之后将活性组分负载到磁核上；包括步骤如下：
[0007](1)将MCl2和FeCl3·
6H2O盐溶液以M和Fe的摩尔比为1:1～1:11的摩尔比混合，滴加氢氧化钠溶液至pH＝14，搅拌30～60min，之后转移至反应釜中，升温至160～180℃进行水热反应，过滤，洗涤，干燥，煅烧之后即得催化剂得磁核；
[0008](2)将CaCl2、步骤(1)得到的磁核，加入1.2mmol
·
L
‑1十二烷基苯磺酸钠配成溶液，
CaCl2和磁核的质量比为1:1～5:1，搅拌至溶液均一，滴加氢氧化钠溶液至pH＝14，搅拌30～60min，然后水浴陈化，之后洗涤，烘干，于300～900℃下煅烧1～4h得到催化剂。
[0009]所述的步骤1)中M和Fe摩尔比1:2～1:9。
[0010]所述的步骤1)中水热反应9～12h。
[0011]所述的步骤2)中CaCl2和磁核的质量比为1:1～4:1。
[0012]所述的步骤2)中在50～80℃水浴陈化12～18h。
[0013]所述的步骤3)中在500～800℃下煅烧2～3h。
[0014]本专利技术制备方法得到的生物柴油磁性双组分钙基固体碱催化剂，催化剂制备原料中M和 Fe的摩尔比为1:1～1:11，CaCl2和磁核的质量比为1:1～5:1；M是Mg、Co或Ni。
[0015]所述的催化剂，优选M和Fe的摩尔比为1:2～1:9，CaCl2和磁核的质量比为1:1～4:1。
[0016]本专利技术的磁性双组分钙基固体碱催化剂应用在生物柴油制备中。
[0017]具体应用方法是，催化植物油与甲醇酯交换反应，以制备生物柴油，根据设定的醇油摩尔比，甲醇和植物油的摩尔比为9:1～20:1；将甲醇和植物油混合，加入催化剂，催化剂的加入量为植物油的1～10％；电动搅拌下水浴加热到55～85℃，30～180min；并保持冷凝回流，反应结束后，在外部磁场作用下，分离催化剂，将液体产物静置分层，上层即为生物柴油。
[0018]本专利技术的磁性双组分钙基固体碱催化剂生物柴油在生物柴油制备中的应用；催化植物油与甲醇酯交换反应，以制备生物柴油，根据设定的醇油摩尔比，甲醇和植物油的摩尔比为9:1～ 20:1；将甲醇和植物油混合，加入催化剂，催化剂的加入量为植物油的1～10％；电动搅拌下水浴加热到55～85℃，30～180min；并保持冷凝回流，反应结束后，在外部磁场作用下，分离催化剂，将液体产物静置分层，上层即为生物柴油。
[0019]本专利技术和现有技术相比，具有明显的技术优点和有益效果。根据以上技术方案，本专利技术具有以下优点：
[0020](1)本专利技术制备了核壳型(Ca2Fe2O5‑
CaO)@(MFe2O4‑
Fe2O3)，磁核为MFe2O4和Fe2O3的混合物，活性组分为CaO和Ca2Fe2O5，二者具有一定的协同作用，磁核与活性组分中之间也有一定的作用，构建了一个稳定、复杂、交联的多相有效协同作用体系，显示了且其优异的催化性能；
[0021](2)本专利技术通过制备磁性复合固体碱催化剂所构建的协同作用体系有效降低了CaO的浸出度，提高了催化剂的重复使用性和寿命；
[0022](3)本专利技术制备的催化剂具有较好的磁性，仅通过简单的施加外部磁场就可以实现固液分离，简化了传统固体碱后续繁琐复杂的产物分离步骤，提高了生物柴油生产效率，具有较好的工业应用价值；
[0023](4)利用本专利技术提出的磁性复合钙基固体碱催化剂，所制备的生物柴油具有较高的十六烷值、较低的热值、含硫量低、滤点低等特点，符合EDIN51606标准，具有较好的燃烧性能和低温启动性能，以及优良的环保性能等。可用作发动机燃料、航空燃油、并且可以开发为脂肪醇、绿色增塑剂等附加值产品，具有较大的工业发展潜力和较好的市场应用前景。
附图说明
[0024]图1是本专利技术实施例8催化剂的TEM测试图
[0025]图2是本专利技术实施例8磁核、催化剂前驱体以及催化剂的XRD测试图
[0026]图3是本专利技术实施例8磁核和催化剂的VSM测试图
具体实施方式
[0027]以下对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。
[0028]实施例1
[0029]一种生物柴油磁性固体碱催化剂制备方法，包括如下步骤：
[0030]1)将MgCl2·
6H2O和FeCl3·
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物柴油磁性双组分钙基固体碱催化剂其制备方法，其特征是，包括步骤如下：(1)将MCl2和FeCl3·
6H2O盐溶液以M和Fe的摩尔比为1:1～1:11的摩尔比混合，滴加氢氧化钠溶液至pH＝14，搅拌30～60min，之后转移至反应釜中，升温至160～180℃进行水热反应，过滤，洗涤，干燥，煅烧之后即得催化剂得磁核；(2)将CaCl2、步骤(1)得到的磁核，加入1.2mmol
·
L
‑1十二烷基苯磺酸钠配成溶液，CaCl2和磁核的质量比为1:1～5:1，搅拌至溶液均一，滴加氢氧化钠溶液至pH＝14，搅拌30～60min，然后水浴陈化，之后洗涤，烘干，于300～900℃下煅烧1～4h得到催化剂。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征是，所述的步骤1)中M和Fe摩尔比1:2～1:9。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征是，所述的步骤1)中水热反应9～12h。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征是，所述的步骤2)中CaCl2和磁核的质量比为1:1～4:1。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈冠益，夏晒歌，李婉晴，陶俊宇，李健，程占军，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：