專利名稱：一種采用納米晶須催化制備生物柴油的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物柴油的制備方法，尤其涉及一種采用納米晶須催 化制備生物柴油的方法。
技術(shù)背景隨著日益嚴(yán)重的全球性能源短缺與環(huán)境惡化，控制汽車尾氣排放， 保護(hù)人類賴以生存的自然環(huán)境成為目前人類急需解決的問題。世界各 國的能源研究人員從環(huán)境保護(hù)和資源戰(zhàn)略的角度出發(fā)，積極探索發(fā)展 替代燃料及可再生能源，生物柴油就是其中一種。
一方面，生物柴油 的原料來源比較豐富，主要原料之一的各類動(dòng)植物油脂系可再生資 源，開發(fā)利用生物柴油可以擺脫人們對逐漸匱乏的化石能源的依賴，滿足經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展對燃料日益增長的需求；另一方面，生物柴油具有許多良好的特性，如更低的煙和顆粒物排放，有利于酸雨的控制， 緩解溫室效應(yīng)，減少光化學(xué)煙霧的發(fā)生；有較好的安全性能，閃點(diǎn)高， 不屬于危險(xiǎn)品；含氧量高,十六垸值高,燃燒性能優(yōu)于普通柴油；含氧 量高，十六垸值高，燃燒性能優(yōu)于普通柴油;可生物降解，對土壤和水 的污染較少，可以降低90%的空氣毒性，降低94 %的致癌率；生物柴油的開口閃點(diǎn)高，儲存、使用、運(yùn)輸都非常安全。而酯交換則是制備生 物柴油的重要技術(shù)。傳統(tǒng)酯交換工藝中多采用化學(xué)催化劑，如氫氧化 鈉、氫氧化鉀、甲醇鈉或濃硫酸等，這些催化劑要求對原料進(jìn)行預(yù)處 理，盡可能無永，無游離酸，反應(yīng)完畢需中和、洗滌，工藝復(fù)雜，環(huán)境污染嚴(yán)重，且催化劑不能回收。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種采用納米晶須催化制備生物柴油的 方法，該方法克服了要求對原料進(jìn)行預(yù)處理，盡可能無水，無游離酸， 反應(yīng)完畢需中和、洗滌，工藝復(fù)雜，環(huán)境污染嚴(yán)重，且催化劑不能回 收等缺點(diǎn)，工藝簡單，不需要中和洗滌，不會(huì)產(chǎn)生工業(yè)廢水，同時(shí)催 化劑可多次重復(fù)使用，降低了成本。本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下以動(dòng)植物油或廢棄油脂為原料，加入甲醇或乙醇后攪拌，醇油摩 爾比為3: 1—10: 1;再加入納米晶須催化劑，催化劑用量占原料油重量的0.1%—5%，在50。C一12(TC下進(jìn)行酯交換反應(yīng)，反應(yīng)1 6小 時(shí)，反應(yīng)后趁熱過濾，分離出納米晶須催化劑；濾液靜置分層，上層 為甲醇或乙醇和甘油的混合液，下層為生'物柴油。上述的采用納米晶須催化制備生物柴油的方法，將上層混合液蒸 餾凈化，得到純度為80%—95%的甘油副產(chǎn)物。上述的采用納米晶須催化制備生物柴油的方法，在蒸餾時(shí)得到甲 醇或乙醇，蒸出的甲醇或乙醇可以投入反應(yīng)重復(fù)循環(huán)使用；上述的釆用納米晶須催化制備生物柴油的方法，加入甲醇或乙醇 的攪拌速率為500r/min—3000r/min。上述的采用納米晶須催化制備生物柴油的方法，反應(yīng)后回收的納 米晶須催化劑可投入反應(yīng)重復(fù)循環(huán)使用。上述的采用納米晶須催化制備生物柴油的方法，納米晶須催化劑 為納米硫酸鹽晶須、納米碳酸鹽晶須或納米氧化物晶須。上述的采用納米晶須催化制備生物柴油的方法，動(dòng)植物油脂為菜 籽油、大豆油、麻瘋樹籽油、花生油、豬油或者羊油。上述的采用納米晶須催化制備生物柴油的方法，所述的廢棄油脂 為餐飲廢油。上述的采用納米晶須催化制備生物柴油的方法，所述的納米硫酸 鹽晶須為納米硫酸鈣晶須或納米硫酸鎂晶須，納米碳酸鹽晶須為納米 碳酸鈣晶須或納米碳酸鎂晶須，所述的納米氧化物晶須為納米氧化鋅 晶須。本發(fā)明的有益效果采用納米晶須作為催化劑，具有反應(yīng)條件溫和、對環(huán)境友好、產(chǎn) 物易于分離、可循環(huán)使用等優(yōu)點(diǎn)，制備生物柴油的產(chǎn)率可達(dá)90%以上， 而且方法簡單，使用催化劑量少；后處理過程大大簡化，整個(gè)過程不 會(huì)污染環(huán)境，安全可靠；回收的催化劑和甲醇或乙醇，都可以投入反 應(yīng)中循環(huán)使用，生產(chǎn)成本低，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。
具體實(shí)施方式
以動(dòng)植物油或廢棄油脂為原料，動(dòng)植物油脂為菜籽油、大豆油、 麻瘋樹籽油、花生油、豬油、羊油中之一，所述的廢棄油脂可采用餐 飲廢油。加入甲醇或乙醇后攪拌，加入甲醇或乙醇的攪拌速率為 500r/min—3000r/min，醇油摩爾比為3: 1—10: 1;再加入納米晶須 催化劑，納米晶須催化劑為納米硫酸鹽晶須或納米碳酸鹽晶須或納米 氧化物晶須，具體為納米硫酸鹽晶須采用納米硫酸鈣晶須或納米硫酸鎂晶須，納米碳酸鹽晶須采用納米碳酸鈣晶須或納米碳酸鎂晶須， 納米氧化物晶須采用納米氧化鋅晶須。納米晶須催化劑用量占原料油重量的0.1%—5%，在5(TC—12(TC下進(jìn)行酯交換反應(yīng)，反應(yīng)1 6小 時(shí)，反應(yīng)后趁熱過濾，分離出納米晶須催化劑，反應(yīng)后回收的納米晶 須催化劑可投入反應(yīng)重復(fù)循環(huán)使用。濾液靜置分層，上層為甲醇或乙 醇和甘油的混合液，下層為生物柴油。將上層混合液蒸餾凈化可得到 純度為80%—95%的甘油副產(chǎn)物。在蒸餾同時(shí)可得到甲醇或乙醇，蒸 出的甲醇或乙醇可以投入反應(yīng)重復(fù)循環(huán)使用。 以下通過實(shí)施例和試驗(yàn)例用來進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明 實(shí)施例1將10ml菜籽油和60ml甲醇放入100ml的三口燒瓶中，加入0.17g 納米硫酸鈣晶須，溫度設(shè)置為6CTC，于1500r/min的攪拌器下反應(yīng) 240min。反應(yīng)完成后，將反應(yīng)液倒入分液漏斗中，靜置，分為上下兩層。將下層粗制產(chǎn)品經(jīng)過真空泵抽濾后，即得生物柴油m=8.78g，產(chǎn) 率可達(dá)96.07%。抽濾后同時(shí)回收濾紙上的催化劑；將上層混合液進(jìn) 行常壓蒸餾，回收甲醇，并得到純度為85%的甘油副產(chǎn)物。 實(shí)施例2將10ml大豆油和40ml乙醇放入100ml的三口燒瓶中，加入0.09g 納米硫酸鎂晶須，溫度設(shè)置為75°C，于2000r/min的攪拌器下反應(yīng) 200min。反應(yīng)完成后，將反應(yīng)液倒入分液漏斗中,.靜置，分為上下兩 層。將下層粗制產(chǎn)品經(jīng)過真空泵抽濾后，即得生物柴油m=8.59g，產(chǎn) 率可達(dá)95.45%。抽濾后同時(shí)回收濾紙上的催化劑；將上層混合液進(jìn) 行常壓蒸餾，回收甲醇，并得到純度為90%的甘油副產(chǎn)物。實(shí)施例3將10ml麻瘋樹籽油和60ml甲醇放入100ml的三口燒瓶中，加 入0.13g納米碳酸鈣晶須或納米碳酸鎂晶須，溫度設(shè)置為70°C，于 2500r/min的攪拌器下反應(yīng)180min。反應(yīng)完成后，將反應(yīng)液倒入分液 漏斗中，靜置，分為上下兩層。將下層粗制產(chǎn)品經(jīng)過真空泵抽濾后，即得生物柴油m-8.61g,產(chǎn) 率可達(dá)93.76%。抽濾后同時(shí)回收濾紙上的催化劑；將上層混合液進(jìn) 行常壓蒸餾，回收甲醇，并得到純度為87%的甘油副產(chǎn)物。 實(shí)施例4將10ml花生油和50ml乙醇放入100ml的三口燒瓶中，加入0.16g 納米氧化鋅晶須，溫度設(shè)置為65°C，于2500r/min的攪拌器下反應(yīng) 200min。反應(yīng)完成后，將反應(yīng)液倒入分液漏斗中，靜置，分為上下兩層。將下層粗制產(chǎn)品經(jīng)過真空泵抽濾后，即得生物柴油m=8.45g，產(chǎn) 率可達(dá)92.12%。抽濾后同時(shí)回收濾紙上的催化劑；將上層混合液進(jìn) 行常壓蒸餾，回收甲醇，并得到純度為89%的甘油副產(chǎn)物。 實(shí)施例5取一定量的豬油，加熱將其液化，取10ml豬油和50ml乙醇放入 100ml的三口燒瓶中，加入0.18g納米硫酸鈣晶須，溫度設(shè)置為100 °C，于3000r/min的攪拌器下反應(yīng)240min。反應(yīng)完成后，將反應(yīng)液倒 入分液漏斗中，靜置，分為上下兩層。將下層粗制產(chǎn)品經(jīng)過真空泵抽濾后，即得生物柴油m=8.69g，產(chǎn) 率可達(dá)91.59%。抽濾后同時(shí)回收濾紙上的催化劑；將上層混合液進(jìn)行常壓蒸餾，回收甲醇，并得到純度為91%的甘油副產(chǎn)物。 實(shí)施例6取一定量的餐飲廢油，經(jīng)3步過濾(濾網(wǎng)目數(shù)分別為60目、80 目、100目)，將濾后廢油脂加熱，105。C一110。C進(jìn)行除水，直到?jīng)] 有水泡冒出為止。將10ml餐飲廢油和70ml甲醇放入100ml的三口燒瓶中，加入 O.lOg納米硫酸鈣晶須，溫度設(shè)置為105°C，于3000r/min的攪拌器下 反應(yīng)360min。反應(yīng)完成后，將反應(yīng)液倒入分液漏斗中，靜置，分為 上下兩層。將下層粗制產(chǎn)品經(jīng)過真空泵抽濾后，鄰得生物柴油m=8.93g，產(chǎn) 率可達(dá)91.30%。抽濾后同時(shí)回收濾紙上的催化劑；將上層混合液進(jìn) 行常壓蒸餾，回收甲醇，并得到純度為88%的甘油副產(chǎn)物。 對酯化后得到的生物柴油的部分理化性能進(jìn)行了測試，結(jié)果見下表。序號質(zhì)量指標(biāo)指標(biāo)值1粘度(mm2/s， 40 °C)3.922開口閃點(diǎn)(°c)1873硫含量(％)0.00564十六烷值59對銅的腐蝕效能16總甘油(％)0.2權(quán)利要求
1. 一種采用納米晶須催化制備生物柴油的方法，其特征是以動(dòng)植物油或廢棄油脂為原料，加入甲醇或乙醇后攪拌，醇油摩爾比為3∶1-10∶1；再加入納米晶須催化劑，催化劑用量占原料油重量的0.1％-5％，在50℃-120℃下進(jìn)行酯交換反應(yīng)，反應(yīng)1～6小時(shí)，反應(yīng)后趁熱過濾，分離出納米晶須催化劑；濾液靜置分層，上層為甲醇和甘油的混合液，下層為生物柴油。
2，如權(quán)利要求1所述的采用納米晶須催化制備生物柴油的方法， 其特征是將上層混合液蒸餾凈化得到純度為80%—95%的甘油副產(chǎn) 物。
3. 如權(quán)利要求2所述的采用納米晶須催化制備生物柴油的方法，V 其特征是在蒸餾時(shí)可得到甲醇或乙醇，蒸出的甲醇或乙醇可以投入 反應(yīng)重復(fù)循環(huán)使用。
4. 如權(quán)利要求1所述的采用納米晶須催化制備生物柴油的方法， 其特征是加入甲醇或乙醇的攪拌速率為500r/min_3000r/min。
5. 如權(quán)利要求1所述的采用納米晶須催化制備生物柴油的方法， 其特征是反應(yīng)后回收的納米晶須催化劑投入反應(yīng)重復(fù)循環(huán)使用。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用納米晶須催化制備生物柴油的方 法，其特征是所述的納米晶須催化劑為納米硫酸鹽晶須、納米碳酸鹽晶須或納米氧化物晶須。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用納米晶須催化制備生物柴油的方 法，其特征是所述的動(dòng)植物油脂為菜籽油、大豆油、麻瘋樹籽油、花生油、豬油或者羊油。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用納米晶須催化制備生物柴油的方 法，其特征是所述的廢棄油脂為餐飲廢油。
9、 如權(quán)利要求6所述的生物柴油的制備方法，其特征是所述 的納米硫酸鹽晶須為納米硫酸鈣晶須或納米硫酸鎂晶須，納米碳酸鹽 晶須為納米碳酸鈣晶須或納米碳酸鎂晶須，所述的納米氧化物晶須為 納米氧化鋅晶須。
全文摘要
一種采用納米晶須催化制備生物柴油的方法，以動(dòng)植物油或廢棄油脂為原料，加入甲醇或乙醇后攪拌，醇油摩爾配比為3∶1-10∶1；再加入納米晶須催化劑，納米晶須催化劑用量占原料油重量的0.1％-5％，在50℃-120℃下進(jìn)行酯交換反應(yīng)，反應(yīng)1～6小時(shí)，反應(yīng)后趁熱過濾，分離出納米晶須催化劑；濾液靜置分層，上層為甲醇或乙醇和甘油的混合液，下層為生物柴油。該方法反應(yīng)條件溫和、對環(huán)境友好、產(chǎn)物易于分離，制備生物柴油的產(chǎn)率可達(dá)90％以上，不會(huì)產(chǎn)生工業(yè)廢水；工藝簡單，生產(chǎn)成本低，使用催化劑量少，回收的催化劑和甲醇或乙醇都可以投入反應(yīng)中循環(huán)使用，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號C10G3/00GK101294095SQ20081001157
公開日2008年10月29日 申請日期2008年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月22日
發(fā)明者琳 劉, 張連紅, 朱江麗, 梁紅玉, 邢錦娟, 錢建華 申請人:渤海大學(xué)