本发明专利技术涉及以多孔SiO2材料为载体的固体碱催化剂制备方法及其应用，属于环境催化及能源技术领域。该催化剂以双模型介孔SiO2材料为载体，以碱性组分为活性组分，通过浸渍法制备得到，具有制备工艺简单，催化效果好等特点，而且酯交换反应结束后该催化剂容易与反应体系分离，并可回收利用，大大减少了对环境的污染。采用植物油、动物油脂、餐饮废油或地沟油为原料，经过醇酯交换反应后，目标产物的收率在85.0wt％以上。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于环境催化及能源
，具体涉及一种以具有双模型孔道结构的 SiO2材料为载体的负载型固体碱催化剂制备方法及其在制备生物柴油中的应用。
技术介绍
生物柴油是一种以动植物油脂为主要原料，经过醇酯交换反应得到的脂肪酸类物质，其性能与矿物质柴油非常接近，被公认为是一种可再生的清洁燃料。通过酯交换反应制备生物柴油所用的催化体系可分为均相催化体系和非均相催化体系。大量文献报道和生产实践经验表明均相催化体系虽然催化效率较高，但反应结束后催化剂与产物分离困难，后处理过程中有大量废液排出而污染环境。非均相固体催化剂可以很好地解决均相催化剂所存在的问题。但是，固体酸催化剂反应效率较低，与其相比较，固体碱催化剂则具有反应条件温和、选择性高，产物易于分离，催化剂可循环利用等特点ο目前研究较多的固体碱催化剂主要有微孔和介孔分子筛负载的氟化钾，碱金属， 碱土金属的氧化物以及稀土金属氧化物。南京大学朱建华教授等人评述了上世纪九十年代以来碱性沸石分子筛(以微孔为主)催化剂的制备方法及其应用(科学通报，1999， 44(9) :897-903)，指出超强碱分子筛的研究主要在于如何提高其强度，简化制备工艺和降低成本。中国专利 CN10113873A, CN101402875A, CN1821195A, CNlOl 148396A 以及美国专利 7357983B2报道了以介孔分子筛为载体的掺杂型固体碱催化剂的制备方法。如上所述，无论微孔分子筛，还是介孔分子筛，通过骨架改性和表面修饰等方法引入活性组分，均可获得固体碱催化剂。但是在制备过程和实际应用中，一般是强调负载碱中心的碱强度，而忽视了多孔材料载体本身孔道结构的影响。因为酯交换反应属于大分子反应，多孔材料的孔道结构特征必然对反应体系中分子扩散和吸附带来很大影响，从而影响其反应效率。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在针对现有制备方法中存在的问题，提供一种以具有双模型孔道结构的S^2材料为载体的负载型固体碱催化剂制备方法及其在制备生物柴油中的应用。本专利技术的技术方案如下—种以多孔S^2材料为载体的固体碱催化剂制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤(1)将多孔SiA材料在100-150°C干燥3-5小时后，在干燥器中自然冷却至室温， 并密闭保存。所述的多孔SiA材料是指同时具有2-5nm的一级孔和10-30nm的二级孔的双介孔结构的SW2材料，其比表面积为500-1500m2/g，孔容为0. 8-3. 5cm7g。(2)将含有碱性组分的化合物的来源溶于去离子水中，配成浓度为10-40wt%的溶液。所述的含有碱性组分的化合物是指碱金属，碱土金属氧化物中的一种或两种，来源于它们的硝酸盐，碳酸盐或醋酸盐。(3)将步骤⑴得到的多孔S^2材料加入到步骤⑵得到的溶液中进行浸渍，在 25°C下持续搅拌1-12小时，反应结束后在25-80°C下进行溶剂蒸发，得到固体产物。(4)将步骤(3)得到的固体产物在氮气气氛下，以5-10°C /min的升温速度从室温升至150-600°C之间的某个温度，并在这个温度下恒温3-6小时后，在氮气气氛下自然降温，得到固体碱催化剂。所述的含有碱性组分的化合物占固体碱催化剂质量的为1. Owt% -10. 。所述的催化剂应用于制备生物柴油，其特征在于将原料油、甲醇和所制得的固体碱催化剂混合，在57-67°C温度下搅拌反应，反应时间为2-6小时，反应结束后静置分层，分离后得到生物柴油，收率在85. 0%以上。其中催化剂用量是原料油的1. 0-5. Owt%,甲醇和原料油的摩尔比为5-20 1。进一步，所述的原料油为植物油、动物油脂或餐饮废油或地沟油。本专利技术具有制备工艺简单，催化效果好等特点。具体实施例方式实施例1 称取0. 86g KNO3和0. 59g Ca(NO3)2溶于IOml去离子水中，然后将Ig经过150°C 干燥3小时的SiA多孔材料(同时具有3nm介孔和20nm介孔，比表面积为1000m2/g和孔容为2.0cm7g)浸入其中，于室温下搅拌12小时后，80°C蒸干得到固体样品。将固体样品充分研磨后，在氮气保护下以5°C /min升至250°C，并恒温6小时后，迅速放入干燥器中自然冷却至室温并密闭保存，得到负载型固体碱催化剂。在250ml的三口烧瓶中，以大豆油、甲醇为原料，醇油摩尔比为5 1，加热至温度为62°C时，加入重量比为大豆油重量的2. 5wt%的上述固体碱催化剂，以大于400转/分的速度搅拌，反应2小时后，停止搅拌和加热。反应结束后催化剂沉降于底部，而后将液态混合物静置分层，得到生物柴油，其收率为95.0%。实施例2:称取1. OOg KNO3溶于IOml去离子水中，然后将Ig经过100°C干燥5小时的SW2 多孔材料(同时具有2nm介孔和15nm介孔，比表面积为1200m2/g和孔容为3. 0cm3/g)浸入其中，于室温下搅拌12小时后，室温下蒸干得到固体样品。将固体样品充分研磨后，在氮气保护下以10°C /min升温速度升至600°C，并恒温3小时后，迅速放入干燥器中自然冷却至室温并密闭保存，得到负载型固体碱催化剂。在250ml的三口烧瓶中，以菜籽油、甲醇为原料，醇油摩尔比为10 1，加热至温度为57°C时，加入重量比为菜籽油重量的1.0Wt%的上述固体碱催化剂，以大于400转/分的速度搅拌，反应6小时后，停止搅拌和加热。反应结束后催化剂沉降于底部，而后将液态混合物静置分层，得到生物柴油，其收率为95.0%。实施例3 称取l.llg CsNO3和0.528 Ba (CO3) 2溶于IOml去离子水中，然后将Ig经过120°C 干燥3小时的SiA多孔材料(同时具有5nm介孔和30nm介孔，比表面积为500m2/g和孔容为0.8cm7g)浸入其中，于室温下搅拌12小时后，60°C下蒸干得到固体样品。将固体样品充分研磨后，在氮气保护下以10°C /min升温速度升至600°C，并恒温3小时后，迅速放入干燥器中自然冷却至室温并密闭保存，得到负载型固体碱催化剂。在250ml的三口烧瓶中，以地沟油、甲醇为原料，醇油摩尔比为10 1，加热至温度为60°C时，加入重量比为地沟油重量的3. Owt%的上述固体碱催化剂，以大于400转/分的速度搅拌，反应6小时后，停止搅拌和加热。反应结束后催化剂沉降于底部，而后将液态混合物静置分层，得到生物柴油，其收率为85.0%。实施例4 称取1. 38g CsNO3溶于IOml去离子水中，然后将Ig经过120°C干燥3小时的SW2 多孔材料(同时具有3nm介孔和30nm介孔，比表面积为600m2/g和孔容为1. 2cm3/g)浸入其中，于室温下搅拌1小时后，室温下蒸干得到固体样品。将固体样品充分研磨后，在氮气保护下以5°C /min升温速度升至400°C，并恒温5小时后，迅速放入干燥器中自然冷却至室温并密闭保存，得到负载型固体碱催化剂。在250ml的三口烧瓶中，以餐饮废油、甲醇为原料，醇油摩尔比为20 1，加热至温度为67°C时，加入重量比为餐饮废油重量的5. Owt%的上述固体碱催化剂，以大于400转/ 分的速度搅拌，反应6小时后，停止搅拌和加热。反应结束后催化剂沉降于底部，而后将液态混合物静置分层，得到生物本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种以多孔ＳｉＯ２材料为载体的固体碱催化剂制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：（１）将多孔ＳｉＯ２材料在１００－１５０℃干燥３－５小时后，在干燥器中自然冷却至室温，并密闭保存；所述的多孔ＳｉＯ２材料是指同时具有２－５ｎｍ的一级孔和１０－３０ｎｍ的二级孔的双介孔结构的ＳｉＯ２材料，其比表面积为５００－１５００ｍ２／ｇ，孔容为０．８－３．５ｃｍ３／ｇ；（２）将含有碱性组分的化合物的来源溶于去离子水中，配成浓度为１０－４０ｗｔ％的溶液；所述的含有碱性组分的化合物是指碱金属，碱土金属氧化物中的一种或两种，来源于它们的硝酸盐，碳酸盐或醋酸盐；（３）将步骤（１）得到的多孔ＳｉＯ２材料加入到步骤（２）得到的溶液中进行浸渍，在２５℃下持续搅拌１－１２小时，反应结束后在２５－８０℃下进行溶剂蒸发，得到固体产物；（４）将步骤（３）得到的固体产物在氮气气氛下，以５－１０℃／ｍｉｎ的升温速度从室温升至１５０－６００℃之间的某个温度，并在这个温度下恒温３－６小时后，在氮气气氛下自然降温，得到固体碱催化剂；所述的含有碱性组分的化合物占固体碱催化剂质量的为１．０ｗｔ％－１０．０ｗｔ％。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：孙继红，陈东，戴群和，任博，高琳，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：11
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。