專利名稱：有機(jī)改性凹凸棒土固載脂肪酶催化劑制備生物柴油的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種有機(jī)處理過的凹凸棒土固載脂肪酶制備生物柴油的制備方法，其采用大豆油、菜籽油、蓖麻油、花生油、玉米油及廢油脂為原料，有機(jī)處理過的凹凸棒土固載脂肪酶作催化劑制備生物柴油，屬于催化技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
根據(jù)凹凸棒土的結(jié)構(gòu)特征，其表面積可由外表面、晶體內(nèi)通道(含有水分子和可交換的陽離子)和針狀微粒雜亂堆積形成的孔隙所貢獻(xiàn)。表面改性的研究則揭示出在其表面上共存在著三種活性中心，即構(gòu)成單元晶胞的硅氧四面體雙鏈上的氧離子、與通道邊緣的鎂離子配合的水分子以及硅氧鏈上由Si-O-Si鏈破裂而產(chǎn)生的Si-OH墓團(tuán)，但它們的活性各不相同，因而為了適應(yīng)不同的需要，可以使用不同的方法，通過提純、改變組成或形態(tài)、 增加比表面積、調(diào)整孔徑、改變結(jié)構(gòu)或表面性質(zhì)等途徑達(dá)到進(jìn)一步改善性能的目的。以下是幾種常用方法粉碎磨細(xì)、水洗分級、擠壓、熱處理或焙燒活化、酸處理活化、堿處理、表面改性或修飾、復(fù)配等。王薇等研究了凹凸棒土作為催化劑載體和吸附劑，用于制備及精制生物柴油的工藝。研究表明以凹凸棒土作為固體酸催化劑載體，生物柴油產(chǎn)率達(dá)87. 8%，可重復(fù)使用3次；產(chǎn)物分離后，經(jīng)改性凹凸棒土吸附殘留甘油，生物柴油純度可達(dá)98. 6%，產(chǎn)物久置無絮狀物產(chǎn)生，大大縮短了后處理時(shí)間，提高了生物柴油品質(zhì)[遼寧化工，2007，36(7):433-438]。CN200610039833專利公開了一種固定化脂肪酶凹凸棒土的制備方法，其特征是以凹凸棒土和脂肪酶為原料，以凹凸棒土為脂肪酶的載體，對凹凸棒土進(jìn)行酸處理、氯化鈣處理和三氯化鋁一氫氧化鈉處理，然后采用吸附的方法進(jìn)行脂肪酶的固定化。黃健花等研究了凹凸棒的有機(jī)改性及其應(yīng)用(博士學(xué)位論文，無錫江南大學(xué)，2008 )，其采用40mL濃度為lmg/mL的脂肪酶磷酸緩沖溶液(pH7. 0)，加入O. 400g經(jīng)O. 5%的戊二醛處理的KH550改性凹凸棒土，溫度控制在25-30°C之間，固定化6h，得到固定化脂肪酶產(chǎn)品。固定化脂肪酶具有較好的重復(fù)使用性能，重復(fù)使用八次后其酶活仍可保持85%左右。上述不足因此仍有值得改進(jìn)的地方。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種油脂酯交換反應(yīng)及酯化反應(yīng)脂肪酶固載化載體及脂肪酶催化劑的制備方法，它可循環(huán)使用和可靈活修飾等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的。本發(fā)明目的實(shí)現(xiàn)，主要改進(jìn)在大量試驗(yàn)篩選基礎(chǔ)上，選擇采用經(jīng)季銨鹽處理過的凹凸棒土載體固載脂肪酶作催化劑，
本發(fā)明提出一種采用有機(jī)改性凹凸棒土為載體固載脂肪酶用于制備生物柴油的方法，按如下步驟進(jìn)行(1)凹凸棒土的預(yù)處理在30°C溫度下，向凹凸棒土原土中加入Imol*L_1稀硫酸,混合攪拌24h，洗滌，過濾，烘干，粉碎，得到預(yù)處理凹凸棒土 ；
(2)季銨鹽對凹凸棒土的改性取上述一定量的預(yù)處理凹凸棒土，首先加入適量蒸餾水在一定溫度下攪拌活化一段時(shí)間，之后加入一定比例的季銨鹽溶液，在一定溫度下攪拌反應(yīng)，反應(yīng)一段時(shí)間后，洗滌、過濾，于110°C烘箱中干燥，粉碎，即得季銨鹽改性凹凸棒土 ；
(3)脂 肪酶固載化稱取(2)中用季銨鹽改性過的凹凸棒土，再稱取脂肪酶。將凹凸棒土和脂肪酶置于三口燒瓶之中，再加入蒸餾水，在常溫下攪拌24小時(shí)；攪拌結(jié)束后，用真空泵抽濾，除去多余的水，并在40°C左右的烘箱中烘干得到固定化脂肪酶。(4)生物柴油的制備稱取植物油于三口燒瓶中，加入烘干后的固定化脂肪酶，力口入量為植物油的廣8%，按照甲醇/油摩爾比為3:1加入甲醇，甲醇分三次加入，每24小時(shí)加一次，反應(yīng)溫度30-40°C，總反應(yīng)時(shí)間72小時(shí)。結(jié)束后通過抽濾機(jī)回收脂肪酶；濾液蒸餾，回收甲醇。剩余部分分液濾出甘油，最后剩下的即為生物柴油。其中步驟(I)所述的凹凸棒土原土與稀硫酸的質(zhì)量與體積比為I :3 (g/mL)；
其中步驟(2)所述的改性溫度是6(Tl00°C，改性時(shí)間是3(Tl20min ；
步驟(2)所述的預(yù)處理凹凸棒土與適量蒸餾水的質(zhì)量與體積比為2 5 (g/mL)；
步驟(2)所述的季銨鹽為十二烷基三甲基溴化銨、十四烷基三甲基溴化銨、十六烷基三甲基溴化銨，加入量為預(yù)處理凹凸棒土質(zhì)量的2 8%。其中步驟(3)所述的季銨鹽改性過的凹凸棒土與脂肪酶的質(zhì)量為2 1 ;所述的季銨鹽改性過的凹凸棒土與蒸餾水的質(zhì)量為I :30 ；
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是
I、本發(fā)明是采用有機(jī)改性后的凹凸棒土固載脂肪酶作為催化劑，脂肪酶催化劑的用量少，反應(yīng)結(jié)束后可重復(fù)利用十次，活性略有下降，但仍可以達(dá)到90%以上。2、經(jīng)固定化的脂肪酶，耐酸堿性能和耐熱性能較原酶明顯提高；其最適pH和最適溫度均發(fā)生了改變。3、處理過的凹凸棒土固載脂肪酶后水解速率要比沒處理的凹凸棒效果好。本發(fā)明方法簡單，易于操作，反應(yīng)時(shí)間短，收率高對設(shè)備腐蝕小，既可以減少能源，又可以降低成本。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明給出的區(qū)間值，并非數(shù)學(xué)概念的精確端值，而試驗(yàn)選擇有協(xié)當(dāng)區(qū)間，適當(dāng)偏離端值并非不可以。本發(fā)明采用有機(jī)改性后的凹凸棒土固載脂肪酶作為催化劑，具有反應(yīng)活性高，反應(yīng)速度快，反應(yīng)條件相對溫和，可以在常壓及相對低的溫度下進(jìn)行，從而可以降低反應(yīng)能耗，降低成本；反應(yīng)在常壓下進(jìn)行，降低了對反應(yīng)裝置的要求，并且催化劑無腐蝕性，也降低了設(shè)備耐腐蝕要求，節(jié)省投資費(fèi)用。催化劑穩(wěn)定性好，用量少，催化劑可以重復(fù)循環(huán)使用，生產(chǎn)過程環(huán)境友好。以下結(jié)合若干個(gè)具體實(shí)施例，示例性說明及幫助進(jìn)一步理解本發(fā)明，但實(shí)施例具體細(xì)節(jié)僅是為了說明本發(fā)明，并不代表本發(fā)明構(gòu)思下全部技術(shù)方案，因此不應(yīng)理解為對本發(fā)明總的技術(shù)方案限定，一些在技術(shù)人員看來，不偏離發(fā)明構(gòu)思的非實(shí)質(zhì)性改動(dòng)，例如以具有相同或相似技術(shù)效果的技術(shù)特征簡單改變或替換，均屬本發(fā)明保護(hù)范圍。SUKALIP脂肪酶購自蘇柯漢(濰坊)生物工程有限公司。實(shí)施例I :取20g預(yù)處理過的凹凸棒土,加入50g蒸懼水在60°C下攪拌活化IOmin后，加入2%十二烷基三甲基溴化銨溶液，在60°C下攪拌反應(yīng)，反應(yīng)30min后，洗滌、過濾，于110°C烘箱中干燥，粉碎，即得十二烷基三甲基溴化銨改性凹凸棒土。脂肪酶固載化，稱取用十二烷基三甲基溴化銨改性過的凹凸棒土 3g，稱取凹凸棒土質(zhì)量50%的SUKALIP脂肪酶，加入30g左右的蒸餾水，在常溫下攪拌24小時(shí)。結(jié)束后，抽濾，在40°C左右的烘箱中烘干得到固定化脂肪酶。在O. 25L反應(yīng)器中，加入大豆油和甲醇(摩爾比1:3)，甲醇分三次加入，上述固定化脂肪酶加入量為4%(w)，在35°C下反應(yīng)72小時(shí)，產(chǎn)物轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到96. 2%。實(shí)施例2 :取20g預(yù)處理過的凹凸棒土,加入50g蒸懼水在60°C下攪拌活化IOmin后，加入2%十四烷基三甲基溴化銨溶液，在60°C下攪拌反應(yīng)，反應(yīng)30min后，洗滌、過濾，于 110°C烘箱中干燥，粉碎，即得十四烷基三甲基溴化銨改性凹凸棒土。脂肪酶固載化，稱取用十四烷基三甲基溴化銨改性過的凹凸棒土 3g，稱取凹凸棒土質(zhì)量50%的SUKALIP脂肪酶，加入30g左右的蒸餾水，在常溫下攪拌24小時(shí)。結(jié)束后，抽濾，在40°C左右的烘箱中烘干得到固定化脂肪酶。在O. 25L反應(yīng)器中，加入菜籽油和甲醇(摩爾比1:3)，甲醇分三次加入，上述固定化脂肪酶加入量為4%(w)，在30°C下反應(yīng)72小時(shí)，產(chǎn)物轉(zhuǎn)化率達(dá)到95. 5%。實(shí)施例3 :取20g預(yù)處理過的凹凸棒土,加入50g蒸懼水在60°C下攪拌活化IOmin后，加入2%十六烷基三甲基溴化銨溶液，在60°C下攪拌反應(yīng)，反應(yīng)60min后，洗滌、過濾，于110°C烘箱中干燥，粉碎，即得十六烷基三甲基溴化銨改性凹凸棒土。脂肪酶固載化，稱取用十六烷基三甲基溴化銨改性過的凹凸棒土 3g，稱取凹凸棒土質(zhì)量50%的SUKALIP脂肪酶，加入30g左右的蒸餾水，在常溫下攪拌24小時(shí)。結(jié)束后，抽濾，在40°C左右的烘箱中烘干得到固定化脂肪酶。在O. 25L反應(yīng)器中，加入蓖麻油和甲醇(摩爾比1:3)，甲醇分三次加入，上述固定化脂肪酶加入量為4%(w)，在40°C下反應(yīng)72小時(shí)，產(chǎn)物轉(zhuǎn)化率達(dá)到95. 1%。實(shí)施例4 :取20g預(yù)處理過的凹凸棒土,加入50g蒸懼水在80°C下攪拌活化IOmin后，加入4%十二烷基三甲基溴化銨溶液，在80°C下攪拌反應(yīng)，反應(yīng)60min后，洗滌、過濾，于110°C烘箱中干燥，粉碎，即得十二烷基三甲基溴化銨改性凹凸棒土。脂肪酶固載化，稱取用十二烷基三甲基溴化銨改性過的凹凸棒土 3g，稱取凹凸棒土質(zhì)量50%的SUKALIP脂肪酶，加入30g左右的蒸餾水，在常溫下攪拌24小時(shí)。結(jié)束后，抽濾，在40°C左右的烘箱中烘干得到固定化脂肪酶。在O. 25L反應(yīng)器中，加入玉米油和甲醇(摩爾比1:3)，甲醇分三次加入，上述固定化脂肪酶加入量為8% (W)，在35°C下反應(yīng)72小時(shí)，產(chǎn)物轉(zhuǎn)化率達(dá)到97. 2%。實(shí)施例5 :取20g預(yù)處理的凹凸棒土,加入50g蒸懼水在80°C下攪拌活化IOmin后，加入4%十四烷基三甲基溴化銨溶液，在80°C下攪拌反應(yīng)，反應(yīng)60min后，洗滌、過濾，于110°C烘箱中干燥，粉碎，即得十四烷基三甲基溴化銨改性凹凸棒土。脂肪酶固載化，稱取用十四烷基三甲基溴化銨改性過的凹凸棒土 3g，稱取凹凸棒土質(zhì)量50%的SUKALIP脂肪酶，加入30g左右的蒸餾水，在常溫下攪拌24小時(shí)。結(jié)束后，抽濾，在40°C左右的烘箱中烘干得到固定化脂肪酶。在O. 25L反應(yīng)器中，加入花生油和甲醇(摩爾質(zhì)量比1:3)，甲醇分三次加入，上述固定化脂肪酶加入量為8%(w)，在30°C下反應(yīng)小72時(shí)，產(chǎn)物轉(zhuǎn)化率達(dá)到97. 8%。實(shí)施例6 :取20g預(yù)處理過的凹凸棒土,加入50g蒸懼水在60°C下攪拌活化IOmin后，加入4%十六烷基三甲基溴化銨溶液，在80°C下攪拌反應(yīng)，反應(yīng)60min后，洗滌、過濾，于110°c烘箱中干燥，粉碎，即得十六烷基三甲基溴化銨改性凹凸棒土。脂肪酶固載化，稱取用十六烷基三甲基溴化銨改性過的凹凸棒土 3g，稱取凹凸棒土質(zhì)量50%的SUKALIP脂肪酶，加入30g左右的蒸餾水，在常溫下攪拌24小時(shí)。結(jié)束后，抽濾，在40°C左右的烘箱中烘干得到固定化脂肪酶。在O. 25L反應(yīng)器中，加入精制處理后的潲水油和甲醇(摩爾比1:3)，甲醇分三次加入，上述固定化脂肪酶加入量為6%(w)，在30°C下反應(yīng)72小時(shí)，產(chǎn)物轉(zhuǎn)化率分別達(dá)到97. 2%。實(shí)施例7 :取20g預(yù)處理過的凹凸棒土,加入50g蒸懼水在100°C下攪拌活化IOmin后，加入8%十二烷基三甲基溴化銨溶液，在100°C下攪拌反應(yīng)，反應(yīng)120min后，洗滌、過濾，于110°C烘箱中干燥，粉碎，即得十二烷基三甲基溴化銨改性凹凸棒土。脂肪酶固載化，稱取用十二烷基三甲基溴化銨改性過的凹凸棒土 3g，稱取凹凸棒土質(zhì)量50%的SUKALIP脂肪酶，加入30g左右的蒸餾水，在常溫下攪拌24小時(shí)。結(jié)束后，抽 濾，在40°C左右的烘箱中烘干得到固定化脂肪酶。在O. 25L反應(yīng)器中，加入菜籽油和甲醇(摩爾比1:3)，甲醇分三次加入，上述固定化脂肪酶加入量為6%(w)，在35°C下反應(yīng)72小時(shí)，產(chǎn)物轉(zhuǎn)化率分別為96. 0%。實(shí)施例8 :取20g預(yù)處理過的凹凸棒土,加入50g蒸懼水在100°C下攪拌活化IOmin后，加入8%十四烷基三甲基溴化銨溶液，在100°C下攪拌反應(yīng)，反應(yīng)120min后，洗滌、過濾，于110°C烘箱中干燥，粉碎，即得十四烷基三甲基溴化銨改性凹凸棒土。脂肪酶固載化，稱取用十四烷基三甲基溴化銨改性過的凹凸棒土 3g，稱取凹凸棒土質(zhì)量50%的SUKALIP脂肪酶，加入30g左右的蒸餾水，在常溫下攪拌24小時(shí)。結(jié)束后，抽濾，在40°C左右的烘箱中烘干得到固定化脂肪酶。在O. 25L反應(yīng)器中，加入蓖麻油和甲醇(摩爾比1:3)，甲醇分三次加入，上述固定化脂肪酶加入量為6%(w)，在30°C下反應(yīng)72小時(shí)，產(chǎn)物轉(zhuǎn)化率分別為95. 3%。實(shí)施例9 :除以下不同外，其余與上述實(shí)例I相同，考察催化劑重復(fù)性實(shí)驗(yàn)結(jié)果，催化劑I(60°C下十二烷基三甲基溴化銨改性60min)活性依次為96. 2%,95. 3%,95. 4%,94. 3%、
93.2%,92. 8%,92. 8%,90. 8%,90. 1%、90· 2% ;催化劑2 (60 °C下十四烷基三甲基溴化銨改性60min)活性依次為 95. 2%,96. 3%,96. 4%,95. 3%,94. 2%,92. 7%,92. 6%,90. 5%,90. 0%、90· 0% ；
催化劑3(60°C下十六烷基三甲基溴化銨改性60min)活性依次為97. 2%,95. 5%,95. 0%、
94.6%, 93. 7%, 92. 7%, 92. 8%, 90. 6%, 90. 3%, 90. 2%。
權(quán)利要求
1.有機(jī)改性凹凸棒土固載脂肪酶催化劑制備生物柴油的方法，其特征在于按如下步驟進(jìn)行 (1)凹凸棒土的預(yù)處理在30°C溫度下，向凹凸棒土原土中加入Imol*L_1稀硫酸,混合攪拌24h，洗滌，過濾，烘干，粉碎，得到預(yù)處理凹凸棒土 ； (2)季銨鹽對凹凸棒土的改性取上述一定量的預(yù)處理凹凸棒土，首先加入適量蒸餾水在一定溫度下攪拌活化一段時(shí)間，之后加入一定比例的季銨鹽溶液，在一定溫度下攪拌反應(yīng)，反應(yīng)一段時(shí)間后，洗滌、過濾，于110°C烘箱中干燥，粉碎，即得季銨鹽改性凹凸棒土 ； (3)脂肪酶固載化稱取(2)中用季銨鹽改性過的凹凸棒土，再稱取脂肪酶； 將凹凸棒土和脂肪酶置于三口燒瓶之中，再加入蒸餾水，在常溫下攪拌24小時(shí)；攪拌結(jié)束后，用真空泵抽濾，除去多余的水，并在40°C左右的烘箱中烘干得到固定化脂肪酶； (4)生物柴油的制備稱取植物油于三口燒瓶中，加入烘干后的固定化脂肪酶，加入量為植物油的廣8%，按照甲醇/油摩爾比為3:1加入甲醇，甲醇分三次加入，每24小時(shí)加一次，反應(yīng)溫度30-40°C，總反應(yīng)時(shí)間72小時(shí)； 結(jié)束后通過抽濾機(jī)回收脂肪酶；濾液蒸餾,回收甲醇； 剩余部分分液濾出甘油，最后剩下的即為生物柴油。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的有機(jī)改性凹凸棒土固載脂肪酶催化劑制備生物柴油的方法，其特征在于其中步驟(I)所述的凹凸棒土原土與稀硫酸的質(zhì)量與體積比為I :3 (g/mL)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的有機(jī)改性凹凸棒土固載脂肪酶催化劑制備生物柴油的方法，其特征在于其中步驟(2)所述的改性溫度是6(Tl00°C，改性時(shí)間是3(Tl20min ； 步驟(2)所述的預(yù)處理凹凸棒土與適量蒸餾水的質(zhì)量與體積比為2 5 (g/mL)； 步驟(2)所述的季銨鹽為十二烷基三甲基溴化銨、十四烷基三甲基溴化銨、十六烷基三甲基溴化銨，加入量為預(yù)處理凹凸棒土質(zhì)量的2 8%。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的有機(jī)改性凹凸棒土固載脂肪酶催化劑制備生物柴油的方法，其特征在于其中步驟(3)所述的季銨鹽改性過的凹凸棒土與脂肪酶的質(zhì)量為2 1 ;所述的季銨鹽改性過的凹凸棒土與蒸餾水的質(zhì)量為I :30。
全文摘要
本發(fā)明有機(jī)改性凹凸棒土固載脂肪酶催化劑制備生物柴油的方法，屬于催化技術(shù)領(lǐng)域。用季銨鹽(十二烷基三甲基溴化銨，十四烷基三甲基溴化銨，十六烷基三甲基溴化銨)有機(jī)改性后的凹凸棒土固載脂肪酶作為催化劑制備生物柴油。凹凸棒土先用酸預(yù)處理，再用季銨鹽對凹凸棒土進(jìn)行改性，然后固載脂肪酶，該固定化脂肪酶常溫下催化油脂與甲醇的反應(yīng)，生物柴油轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到95%以上，該固定化脂肪酶重復(fù)使用十次，轉(zhuǎn)化率還高達(dá)90%以上。
文檔編號C12N11/14GK102719498SQ20121018867
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月11日
發(fā)明者姚超, 李為民, 李建防, 浦國佳 申請人:常州大學(xué)