本发明专利技术涉及一种无需涂层的固体碱陶瓷催化膜及其制备方法。该催化膜以陶瓷膜为载体，负载型水滑石、类水滑石固体碱为活性组分，负载方法为原位生长法。采用本发明专利技术技术所制备的碱性催化膜，陶瓷膜载体无需涂层，活性组分分散均匀，催化活性高。本发明专利技术所提供的固体碱陶瓷催化膜解决了由于催化剂涂层不均匀造成的催化剂活性、寿命降低的问题，并且制备方法比传统涂膜工艺简单，该催化膜可应用于膜反应器生产生物柴油工艺中，实现酯交换反应与产物分离的耦合，从而绿色、快速、高效地生产生物柴油。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及的是。具体地说是一种以负载型水滑石、类水滑石类固体碱为催化活性组分、陶瓷膜为载体的可应用于膜反应器制备、分离生物柴油的碱性催化膜及其制备方法。
技术介绍
生物柴油由于具有可生物降解、可再生、清洁无毒、燃烧完全等诸多优点而成为首选的石油替代产品，生物柴油的主要成分是脂肪酸甲酯(FAME)，主要由植物油或动物油脂与低碳醇通过化学催化酯交换或酯化反应来生产。膜反应器制备生物柴油是一种催化与膜分离及成的技术，在生物柴油制造成本依旧居高不下的前提下和全球低碳经济发展模式的要求下，膜分离技术的低成本、低能耗和·高效率的优势尤为明显。中国专利CN 101265413A公开了一种固定化脂肪酶-多孔膜生物反应器制备生物柴油的方法，将固定化脂肪酶的中空纤维多孔膜膜组件组装为酶膜生物反应器，在固定化脂肪酶的催化作用下，油脂与低碳醇循环反应一定时间，生物柴油收率可达90%以上。美国专利US20100307051公开了一种使用膜反应器生产生物柴油的方法，使用低浓度NaOH为催化剂催化油脂和甲醇的酯交换反应，在适宜条件下油脂转化率达95%以上，富油相中FAME含量达到85%。目前关于膜反应器制备生物柴油的报道中，使用的多数为均相催化剂或酶催化剂。均相催化工艺过程对整套反应设备的防腐要求较高，后处理复杂，同时会产生大量废水，大大降低了生产过程的环保性；而酶催化剂的成本较高、催化对象单一而且寿命短等原因，大大降低了酶膜反应器的工业化价值。美国专利US 20110150713公开了一种应用于生物柴油生产的催化膜，在管状单通道或多通道分离膜表面负载一层非均相催化剂，将该催化膜应用于膜反应器制备生物柴油中，在适宜的条件下可以得到纯度较高的生物柴油产品。中国专利CN 102513081A和CN102500400A分别公开了一种酸性和碱性的催化膜以及它们的制备方法，采用普通浸溃法或浸浆法将酸/碱性催化活性中心负载于陶瓷膜表面，所制备的催化膜都表现出良好地稳定性和催化活性。通过以上叙述可以看出，目前所报道的催化膜采用的都是浸涂法，虽然方法简单易行，但是涂层均匀度不高；并且对于一些难以制浆、涂覆的催化剂，浸涂过程无法进行，而浆料中添加的粘结剂会或多或少地改变催化涂层的性质。
技术实现思路
技术问题为了既能无需涂层直接负载固体碱催化剂，又能使催化膜具有较高的比表面积、均匀度，从而避免涂层工艺带来的种种问题，本专利技术提出了。技术方案本专利技术的一种无需涂层的固体碱陶瓷催化膜，以陶瓷膜为载体，以负载型水滑石、类水滑石固体碱为活性组分，制备方法为原位生长法。所述陶瓷膜由支撑体和涂于支撑体表面的分离膜所组成，其中分离膜材质为a -Al2O3> TiO2, ZrO2, SiC中的一种或多种，膜孔径为O. OflO μ m。所述负载型水滑石、类水滑石指以水滑石、类水滑石或煅烧后的水滑石、类水滑石负载KF、NaF> CaF2> Na2CO3^ K2CO3> ZnF2碱金属、碱土金属盐中至少一种的固体碱催化剂。本专利技术的无需涂层的固体碱陶瓷催化膜的制备方法，其制备步骤为配制金属离子浓度O. Γ4. OM的水滑石、类水滑石前驱体盐水溶液，在此水溶液中按尿素与金属离子总物质的量摩尔比为广10:1的量加入尿素，搅拌溶解，然后将陶瓷膜置于上述溶液中，在强烈搅拌下将加热至60°C 100°C并恒温保持搅拌f 5小时；将得到的混合物及陶瓷膜一同置于水热釜中，于10(Γ200 V保温2 48小时，冷却后取出陶瓷膜，洗涤至中性，5(Γ150 V烘干后于30(T800°C煅烧f 10小时；冷却后，将其浸溃于O. 5^80wt. %的活性前驱体溶液中O. 5^48小时，然后取出烘干。或，浸溃活性前驱体溶液后烘干，然后于30(T800°C煅烧1 10小时。无需涂层的固体碱陶瓷催化膜的制备方法的制备步骤还可以为将陶瓷膜置于烧杯中，加入5(T200mL去离子水润湿陶瓷膜；分别配制金属离子浓度O. Γ4. OM的水滑石、类水滑石前驱体盐水溶液和金属离子浓度为O. Γ6. OM的混合碱溶液，将上述两种溶液分别按O. 5^5mL/min的速率同时逐滴滴入烧杯中并搅拌，调整滴速以控制烧杯内液体的pH值恒 定在8 11之间；滴加结束后，将混合物及陶瓷膜置于水热合成釜中在7(T200°C保温2 48小时，冷却后取出陶瓷膜，洗涤至中性，烘干后于30(T80(TC煅烧f 10小时，然后浸溃于O. 5^80wt. %的活性前驱体溶液中O. 5^48小时，烘干。或，浸溃活性前驱体溶液后烘干，然后于30(T80(TC煅烧1 10小时。 所述混合碱溶液为NaOH或KOH与Na2C03、Na2S04、K2C03、K2S04中的至少一种配置而成的水溶液。所述的水滑石、类水滑石前驱体盐为Li+、Mg2+、Al3+、Ca2+、Zn2+、La3+的硝酸盐或氯化物中的至少两种；所述活性前驱体溶液为KF，NaF, CaF2, Na2CO3, K2CO3, ZnF2碱金属、碱土金属盐中的至少一种水溶液。有益效果本专利技术提供的基于原位生长技术的陶瓷膜表面负载固体碱的方法，制备过程无需涂层，工艺简单，重复性高。催化膜表面活性组分分布均匀，分散度高。所制备的催化膜具有催化剂寿命长、适用范围广等优点，催化活性组分与陶瓷膜基体结合强度高。所制备的催化膜可直接应用于膜反应器制备生物柴油中，具有工业化的价值。具体实施例方式本专利技术提供的无需涂层的固体碱催化膜的第一种制备方法是配制金属离子浓度O. Γ4. OM的水滑石、类水滑石前驱体盐水溶液，在此水溶液中按尿素与金属离子总物质的量摩尔比为fio: I的量加入尿素，搅拌溶解。然后将陶瓷膜置于上述溶液中，在强烈搅拌下将加热至60°c 100°C并恒温保持搅拌f 5小时；将得到的混合物及陶瓷膜一同置于水热釜中，于10(Γ200 V保温2 48小时，冷却后取出陶瓷膜，洗涤至中性，5(Γ150 V烘干后于30(T80(TC煅烧f 10小时。冷却后，将其浸溃于O. 5^80wt. %的活性前驱体溶液中O. 5^48小时，然后取出烘干。本专利技术提供的无需涂层的固体碱催化膜的第二种制备方法是配制金属离子浓度O. Γ4. OM的水滑石、类水滑石前驱体盐水溶液，在此水溶液中按尿素与金属离子总物质的量摩尔比为fio: I的量加入尿素，搅拌溶解。然后将陶瓷膜置于上述溶液中，在强烈搅拌下将加热至60°c 100°C并恒温保持搅拌f 5小时；将得到的混合物及陶瓷膜一同置于水热釜中，于10(Γ200 V保温2 48小时，冷却后取出陶瓷膜，洗涤至中性，5(Γ150 V烘干后于30(T80(TC煅烧f 10小时。冷却后，将其浸溃于O. 5^80wt. %的活性前驱体溶液中O. 5^48小时，取出烘干后于30(T80(TC煅烧f 10小时。本专利技术提供的无需涂层的固体碱催化膜的第三种制备方法是将陶瓷膜置于烧杯中，加入5(T200mL去离子水润湿陶瓷膜；分别配制金属离子浓度O. Γ4. OM的水滑石、类水滑石前驱体盐水溶液和金属离子浓度为O. Γ6. OM的混合碱溶液，将上述两种溶液分别按O. 5飞mL/min的速率同时逐滴滴入烧杯中并搅拌，调整滴速以控制烧杯内液体的pH值恒定在8 11之间。滴本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种无需涂层的固体碱陶瓷催化膜，其特征在于该催化膜以陶瓷膜为载体，以负载型水滑石、类水滑石固体碱为活性组分，制备方法为原位生长法。所述陶瓷膜由支撑体和涂于支撑体表面的分离膜所组成，其中分离膜材质为α？Al2O3、TiO2、ZrO2、SiC中的一种或多种，膜孔径为0.01~10μm。所述负载型水滑石、类水滑石指以水滑石、类水滑石或煅烧后的水滑石、类水滑石负载KF、NaF、CaF2、Na2CO3、K2CO3、ZnF2碱金属、碱土金属盐中至少一种的固体碱催化剂。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：肖国民，徐威，高李璟，姜枫，肖洋，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：
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