本发明专利技术公开了一种固体酸催化剂，属于化学催化剂领域。该固体酸催化剂活性组分是硫酸锆纳米粒子，该纳米粒子分散性好，具有球形、椭球形或鸭梨形结构，粒子尺寸在30-900nm。本发明专利技术所制备出的硫酸锆纳米粒子可直接作为催化剂，用于催化游离脂肪酸合成生物柴油的酯化反应。上述酯化反应的最佳反应工艺是：所述游离脂肪酸和低碳醇的摩尔比为1∶40、固体酸催化剂与游离脂肪酸的质量比为0.2、反应温度为95℃。采用本发明专利技术催化剂，用于由游离脂肪酸合成生物柴油的酯化反应，可以使脂肪酸的转化率提高，催化剂与产物易分离；无腐蚀性，对环境无污染；催化效率高，用量少，副产物少等优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种催化剂及其应用，特别涉及了 一种新型的固体酸纳米催化剂及其应用。
技术介绍
生物柴油是生物质能的一种形式，是通过甘油酯的酯交换反应或脂肪酸的酯化反应制备出的脂肪酸甲酯(A. P. Vyas, et al. Fuel, 2010，89，1-9. Z. Helwani, etal. Fuel Process. Technol. 2009, 90, 1502-1514.)。虽然不同原料制备的生物柴油理化特性有所差异，但是生物柴油具有含硫量低、十六烷值高、含氧量高、芳烃含量少、理化性质和普通石油柴油较为接近等优点，是典型的“绿色能源”(A. Robles-Medina. A, et al.Biotechnology Advances, 2009, 27 (4) :398-408. D. Ayhan. Progress in Energy andCombustion Science. 2005, 31 (5-6) :466-487.)，大力发展生物柴油对经济可持续发展，推进能源替代，减轻环境压力，控制城市大气污染具有重要的战略意义。综观国际上的发达国家如美国、德国、日本；到次发达的南非、巴西、韩国；再到发展中的印度、泰国等，均在发展石油替代产业的国际政策制度、技术完善、装置建设和车辆制造等方面提供了良好的借鉴，为我国走中国特色石油替代之路铺平了道路。随着改革开放的不断深入，在全球经济一体化的进程中，中国的经济水平将进一步提高，对能源的需求会有增无减，只要把关于生物柴油的研究成果转化为生产力，形成产业化，则其在柴油引擎、柴油发电厂、空调设备和农村燃料等方面的应用前景非常广阔。目前，对生物柴油的研究近年来越来越受到重视。传统的生产方法一般采用均相酸、喊催化法(Edward. C. Process Biochemistry, 2001, 37 (I) : 65-71. Okuhara. T.Applied Catalysis A: General, 2003，256(1/2) : 213-224)。均相酸碱催化法以硫酸、磷酸、盐酸和有机磺酸等为催化剂，容易腐蚀设备，产生大量含酸废水，废碱(酸)液排放容易对环境造成二次污染等。而且使用酸碱催化剂后续处理复杂，产物的分离比较困难。为克服这些弊端，人们一直在探索以环保型催化剂取代硫酸。用固体超强酸作催化剂制备生物柴油，具有如下优点催化剂与产物易分离；无腐蚀性，对环境无污染；催化效率高，用量少，副产物少。使用固体酸催化制备生物柴油的方法也有很多报道(陈和，王金福过程工程学报，2006，6 (4) :571-575. F，Satosh1. et al.Catalysis Communications, 2004, 5(12): 721-723.)但是要求反应条件苛刻。故而现在许多学者致力于寻找更加简单可行的方案，同时开发环境友好的绿色催化剂。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种与产物易分离、对环境无污染、催化效率高的用于由脂肪酸制备生物柴油的固体酸催化剂。为了解决以上技术问题，本专利技术是通过以下技术方案予以实现的。—种固体酸催化剂,该催化剂为硫酸错纳米粒子,粒径为30 900 nm,其是通过以下步骤制备的(1)将5 g八水合氯氧化锆(ZrOCl2 ·8Η20)溶于100 mL水，常温搅拌，待溶液澄清后，加入25%的氨水,将溶液的PH值调为8，得到氢氧化锆白色沉淀，过滤,用水洗涤至滤液中不含氯离子，80 ° C干燥24小时，研磨成粉末待用；(2)将2 g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶于40 mL乙二醇中，60 ° C搅拌，待溶液澄清后，加入O. 5 4 g步骤(I)研磨好的氢氧化锆粉末，搅拌2 h，加入O. 2 M H2SO4溶液3 mL，搅拌12 h，转移到聚合釜中，放入烘箱，烘箱温度设置180° C，12小时之后，冷却至室温过滤洗涤干燥，得到纳米硫酸锆原粉；(3)将步骤(2)中得到的纳米硫酸锆原粉于马弗炉焙烧，升温速度1° C /min，650 ° C下恒温5 h后得到产物纳米硫酸锆。作为一种优化，所述步骤(2)中加入的氢氧化锆粉末量为O. 5 g，所制备出的催化剂硫酸锆纳米粒子分散性好，粒子形状为球形，粒径为30 50 nm。作为一种优化，所述步骤(2)中加入的氢氧化锆粉末量为I g，所制备出的催化剂硫酸锆纳米粒子分散性好，粒子形状为椭球形或鸭梨形，粒径为500 900 nm。本专利技术固体酸催化剂在游离脂肪酸制备生物柴油反应中的应用，包括以下步骤采用所述固体酸催化剂纳米硫酸锆，以游离脂肪酸和低碳醇为原料；按游离脂肪酸和低碳醇的摩尔比为1:20 1: 100、固体酸催化剂与游离脂肪酸的质量比为O. 05 O. 3，放入油浴锅中加热至85° C 120° C，反应6 h;反应结束后冷却至室温，过滤除去催化剂，得到粗品生物柴油；经水洗、干燥后再减压蒸馏除去低碳醇，得到产物生物柴油。作为一种优化，所述游离脂肪酸和低碳醇的摩尔比为1:40 ;固体酸催化剂与游离脂肪酸的质量比为O. 2 ;反应温度为95°C。作为一种优化，所述游离脂肪酸为棕榈酸或油酸；所述低碳醇为甲醇或乙醇。采用本专利技术催化剂，用于由脂肪酸合成生物柴油的酯化反应，具有以下技术效果 1、可以使脂肪酸的转化率显著提高； 2、催化剂与产物易分离，无腐蚀性，对环境无污染； 3、催化剂催化效率高，用量少，节省成本且副产物少。附图说明图1为当氢氧化锆粉末的用量为O. 5 g时，本专利技术所制备出的纳米硫酸锆催化剂的扫描电镜图。图2为当氢氧化锆粉末的用量为I g时，本专利技术所制备出的纳米硫酸锆催化剂的扫描电镜图。具体实施例方式以下结合附图和实施例对本专利技术作进一步的说明，但本专利技术不局限于下述实施例。一、催化剂的制备 实施例I 1#硫酸锆的具体制备步骤如下 (I)氢氧化锆粉末的制备 将5 g八水合氯氧化锆(Zr0Cl2*8H20)溶于100 mL水，常温搅拌，待溶液澄清后，加入25%的氨水，将溶液的PH值调为8，得到氢氧化锆白色沉淀，过滤，用水洗涤至滤液中不含氯尚子，80 ° C干燥24小时,研磨成粉末待用。(2)硫酸锆原粉的制备 将2 g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶于40 mL乙二醇中，60 ° C搅拌，待溶液澄清后，加入0.5 g上述研磨好的氢氧化锆粉末，搅拌2 h，加入O. 2 M H2SO4溶液3 mL，搅拌12 h，转移到聚合釜中，放入烘箱，烘箱温度设置180 ° C，12小时之后，冷却至室温过滤洗涤干燥，得到纳米硫酸错原粉。( 3)硫酸锆原粉的处理 将硫酸锆原粉于马弗炉焙烧，升温速度I ° c /min，650 °C恒温5 h得到纳米硫酸锆。实施例2 2#硫酸锆的具体制备步骤如下 (I)氢氧化锆粉末的制备 同实施例I中氢氧化锆粉末的制备方法。(2)硫酸锆原粉的制备 将2 g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶于40 mL乙二醇中，60 ° C搅拌，待溶液澄清后，加入1g上述研磨好的氢氧化锆粉末，搅拌2 h，加入O. 2 M H2SO4溶液3 mL，搅拌12 h，转移到聚合釜中，放入烘箱，烘箱温度设置180 ° C，12小时之后，冷却至室温过滤洗涤干燥，得到纳米硫酸锆原粉本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种固体酸催化剂，其特征在于，该催化剂为硫酸锆纳米粒子，粒径为30～900?nm，其是通过以下步骤制备的：（1）将5?g八水合氯氧化锆溶于100?mL水，常温搅拌，待溶液澄清后，加入25%的氨水，将溶液的PH值调为8，得到氢氧化锆白色沉淀，过滤，用水洗涤至滤液中不含氯离子，80?°C干燥24小时，研磨成粉末待用；（2）将2?g聚乙烯吡咯烷酮溶于40?mL乙二醇中，60°C搅拌，待溶液澄清后，加入0.5～4?g步骤（1）研磨好的氢氧化锆粉末，搅拌2?h，加入0.2?M?H2SO4溶液3?mL，搅拌12?h，转移到聚合釜中，放入烘箱，烘箱温度设置180°C，12小时之后，冷却至室温过滤洗涤干燥，得到纳米硫酸锆原粉；（3）将步骤（2）中得到的纳米硫酸锆原粉于马弗炉焙烧，升温速度1°C?/min，650?°C下恒温5?h后得到产物纳米硫酸锆。
【技术特征摘要】
1.一种固体酸催化剂，其特征在于，该催化剂为硫酸锆纳米粒子，粒径为30 900 nm, 其是通过以下步骤制备的(1)将5g八水合氯氧化锆溶于100 mL水，常温搅拌,待溶液澄清后,加入25%的氨水，将溶液的PH值调为8，得到氢氧化锆白色沉淀，过滤，用水洗涤至滤液中不含氯离子，80 ° C干燥24小时，研磨成粉末待用；(2)将2g聚乙烯吡咯烷酮溶于40 mL乙二醇中，60° C搅拌，待溶液澄清后，加入O.5 4 g步骤(I)研磨好的氢氧化锆粉末，搅拌2 h，加入O. 2 M H2SO4溶液3 mL，搅拌12 h，转移到聚合釜中，放入烘箱，烘箱温度设置180° C，12小时之后，冷却至室温过滤洗涤干燥，得到纳米硫酸锆原粉；(3)将步骤(2)中得到的纳米硫酸锆原粉于马弗炉焙烧，升温速度1°C /min，650 ° C 下恒温5 h后得到产物纳米硫酸锆。2.如权利要求I所述的固体酸催化剂，其特征在于，所述步骤(2)中加入的氢氧化锆粉末量为O. 5 g，所制备出的催化剂硫酸锆纳米粒子分散性好，粒子形状为球形，粒径为30 50 nm。3.如权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈国昌，陈军，古绪鹏，乔红斌，裘小宁，吴胜华，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：
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