泡沫镍负载乙酸钾催化废油脂制备生物柴油研究.pdf

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第5期
林培喜等:泡沫镍负载乙酸钾催化废油脂制备生物柴油研究
泡沫镍负载乙酸钾催化废油脂制备生物柴油研究
林培喜,胡智华2,揭永文1,郵宝渭1
1?茂名学院化学学院,广东茂名,525000:2.广东轻工职业技术学院,广东广州)
摘要:通过浸渍的方法制备泡沫镍负载乙酸钾固体碱催化剂,并用于煎炸废油脂和甲醇酯交换反应制备生物柴油。考察了
催化剂制备及酯交换反应条件对反应过程的影响。试验表明:当浸波液KAc的质量分数为35%、浸渍8h、650℃培烧4h,n(醇y
n(油)=7/1、反应温度为70℃、时间3.5h、催化剂用量为油脂质量的3.0%时,酯交换反应的转化率可达94.3%。且生物柴油容易分
离,其外观为透明、淡黄色,运动粘度为(40℃C)5.25mm/3密度为0.15gmL,符合我国生物柴油质量标准。
关键词:泡沫镍;乙酸钾;固体碱催化剂;煎炸废油脂;甲醇;酯交换反应;生物柴油
中图分类号:O643
文献标识码:A文章编号:1001-9219(2009)05-27-04
石油资源的短缺往往会制约一个国家的经济2实验部分
发展,我国是一个能源消费大国,也是能源进口大
国,因此,寻找新能源已势在必行。生物柴油是
2.1主要的原料和仪器
种以植物油脂或动物脂肪为主要原料,主要经过酯
主要原料和试剂:煎炸后的动植物废油脂(自己
交换反应得到的脂肪酸甲酯类物质,其性质与矿物
收集);甲醇(天津市东丽区天大化学试剂);泡沫镍
柴油非常接近,被公认为是一种可再生的清洁燃
广东治金研究院);乙酸钾(天津市科密欧化学试剂
料,目前较为成熟的生产方法是液体强酸或强碱作有限公司)。
催化剂,但这种方法给分离带来困难并严重污染了
主要仪器:DCSY电热恒温水浴锅;JB50-D型电
环境。固体酸碱催化剂具有清洁生产、可循环使用
动搅拌机;TGL-16高速离心机;SY-2型石油密度
等优点。泡沫镍是由金属镍丝织成的网状体,类似计;玻璃毛细管粘度计。
于泡沫,因此称泡沫镍。本文试验了泡沫镍负载乙2.2实验方法
酸钾催化煎炸废油脂-甲醇的酯交换反应,其最大絆2.2.1KAci催化剂的制备及高活性催化剂制备
点是酯交换反应转化率高,制备的生物柴油符合我件确定
国生物柴油质量标准,泡沫镍简单再生后可重复
将泡沫镍剪成约3mmx3mm大小,用乙醇清洗
使用。
后,放入乙酸钾的水溶液中,浸泡8h后,低温烘干、
灼烧,立即放入干燥器中保存。在100g动物油脂和
实验原理
20mL甲醇的反应体系中,加入2g催化剂,在70℃
废油脂在催化剂作用下与甲醇发生酯交换反下反应4h叫,通过考察酯交换反应的转化率,确定制
应,甲醇将油脂中的甘油三酯中的甘油取代下来
备高活性催化剂的浸渍液浓度、焙烧温度、焙烧时
使一个甘油三酯分子变成三个长链脂肪酸甲酯分间等条件。
子(即生物柴油),从而降低了油脂的分子量和粘
2.2.2生物柴油的制备方法
度,提高了其流动性。反应简式如下刚
取100g废油和一定量KAc/Ni催化剂加入到
CHCOOR,
R. COOCH
CHOH
100mL三口烧瓶中,冷凝管回流、搅拌约20min,待
CHCOOR,#3CH,OH
R. COOCH
CHOH
油相温度达到一定值时,在恒压漏斗中加人甲醇,
CHCOOR
CH OH
R. COOCH
反应一定时间后,取出 KAC/Ni催化剂。离心分离,
油脂
生物柴油
油
上层为粗生物柴油,外观为淡黄色、透明,下层为甘
收稿日期:2009-05-25;基金项目:广东省科技厅项目:地沟油油和未反应完的油脂。粗生物柴油在恒温80℃蒸馏
清洁制备生物柴油工艺开发(编号:2006B13501006);作者
简介:林培喜(1963-),男,硕士,副教投,电话13929723250,
除去过量甲醇,称重,计算酯交换反应的转化率。
电邮lpx2923@163.com。
2.2.3生物柴油粘度、密度的测定
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天然气化工
2009年第34卷
收集精制的生物柴油,参照CB/T1884测定其示。由图2可以看出, KAC/Ni催化剂的焙烧温度为
密度;参照GB/1265-88测定其运动粘度。
650℃时,酯交换反应的转化率较高。原因可能是
2.,2.4转化率的计算
由于KAc在400℃时只有晶型的变化,没有发生化
由酯交换反应的方程式可知,1摩尔油脂生成学变化,随着焙烧温度的升高,KAc陆续分解成K20
3摩尔脂肪酸甲,且质量相当,即反应的油脂与生并和载体Ni作用形成高活性的碱中心,使催化活
成的脂肪酸甲酯质量相近。因此,提纯后的生物柴性迅速升高,到650℃时,KAc大部分分解,碱位中
油质量除以油脂的质量即可作为酯交换反应的转心达到最大,此时再升高温度,催化活性缓慢降低,
化率。用公式表示为:
这可能是温度超过650C后,K20和Ni相互作用形
转化率(%)=mx100%
成的结构骨槊开始坍塌,使催化活性降低。
其中:m表示提纯后的生物柴油质量g;表示油脂
90
的质量g。
3结果与讨论
3.1催化剂制备条件的优化
催化剂的制备中,影响其活性的主要因素有
400450500550600650700750
KAC/Ni calcination temperature /C
浸渍液乙酸钾的浓度、KAc/i焙烧温度和焙烧时间
图2KAc/焙烧温度对转化率的影响
等
Fig 2 Effect of calcination temperature of Kad/Ni on the
3.1.1浸渍液KAc浓度对催化剂活性的影响
conversion
选定催化剂焙烧温度600℃焙烧时间3h、加入
量3g,按照2.2.1生物柴油的制备方法,考察浸渍液3.1.3KAc/焙烧时间的影响
乙酸钾的质量浓度对酯交换反应转化率的影响,结
实验条件按照3.1.2, KAC/Ni催化剂的焙烧温度
果如图1所示。由图1可以看出,当浸渍液乙酸钾
固定为650℃,考察焙烧时间对酯交换反应转化率的
的质量分数为35%时,酯交换反应的转化率较高
影响(图3)。由图3可看出,当焙烧时间小于4h时,
原因可能是:当乙酸钾的质量分数小于35%时,活
KAC/Ni固体碱的催化活性随焙烧时的增加,催化
活性也升高,大于4h时,催化活性基本保持不变,在
性前体的负载量不足,随着活性前体的量的增·4h时催化活性最高。这可能是由于焙烧时间较短时,
碱性活性中心增多,催化活性增大,配比达到35%
时,活性前体的负载己基本达到饱和,再继续增加
KAc分解不完全,无法完全均匀分散到载体表面之
活性前体的量,催化活性略微增大。
上与之形成新结构,但随时间的增加,KAc分解量增
大,碱位中心增多,催化活性增强,达到4h时,KAc
大部分分解,碱位中心达到最大。
60
10]520
3035404550
W(KAC)/0
40
图1浸渍液KAC质量分数对转化率的影响
K