一種利用磁性納米催化劑生產(chǎn)生物柴油的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及生物質(zhì)能源技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種利用磁性納米催化劑生產(chǎn)生物柴油的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前全球石油需求不斷增長與化石能源目漸枯竭的矛盾日益突出，能源供給形勢越來越緊張，國際市場原油價格持續(xù)大幅上漲，能源的多元化、可再生化和清潔化已成為人類社會發(fā)展的必然選擇，開發(fā)生物質(zhì)能源是解決全球能源危機的方向之一，作為新型替代能源的生物柴油在世界各國發(fā)展迅速。生物柴油是指以油料作物如大豆、油菜、棉、棕櫚等，野生油料植物和工程微藻等水生植物油脂以及動物油脂、餐飲垃圾油等為原料油通過酯交換或熱化學(xué)工藝制成的可代替石化柴油的再生性柴油燃料。
[0003]生物柴油具有下述獨特的性能優(yōu)勢:(I)生物能源為可再生性能:作為可再生能源，與石油儲量不同，其通過農(nóng)業(yè)和生物資源獲得，可供應(yīng)量不會枯竭，而且生物柴油的生物降解性高于常規(guī)柴油，可在自然狀況下實現(xiàn)生物降解，減少對人類生存環(huán)境的污染。(2)具有優(yōu)良的環(huán)保特性:主要表現(xiàn)在由于生物柴油中硫含量低，使得二氧化硫和硫化物的排放低；生物柴油中不含對環(huán)境會造成污染的芳香族烷烴，因而廢氣對人體損害低于柴油。
[3]較好的潤滑性能，使噴油栗、發(fā)動機缸體和連桿的磨損減小，使用壽命長。(4)良好的燃料性能:生物柴油十六烷值高，使其燃燒性好于柴油，燃燒殘留物呈微酸性使催化劑和發(fā)動機機油的使用壽命延長。(5)制備生物柴油的原料來源比較廣泛:包括油料作物、野生油料植物和水藻植物油脂以及動物油脂都可以作為原料，甚至可以利用餐飲業(yè)中的廢油、地溝油作為原料，可以做到回收垃圾變廢為寶的目的等優(yōu)點。
[0004]我國是石油資源相對貧乏的國家，但木本油料資源及其豐富，隨著對能源用木本油料作物的研究、開發(fā)和利用的不斷深入，生物質(zhì)能源在我國發(fā)展?jié)摿薮?，發(fā)展木本油料生物柴油產(chǎn)業(yè)不僅有利于解決石油替代、生態(tài)環(huán)境保護和“三農(nóng)”問題，還可為為我國林業(yè)產(chǎn)業(yè)帶來新的發(fā)展契機。元寶楓(Acer truncatum Bunge)屬于槭樹科、槭樹屬，落葉喬木。耐陰，喜溫涼濕潤氣候，耐寒性強，對土壤要求不嚴(yán)，在酸性土、中性土及石灰性土中均能生長，深根性，生長速度中等，病蟲害較少。廣布于東北、華北，西至陜西、四川、湖北，南達浙江、江西、安徽等省。元寶楓不僅是優(yōu)良的木本油料，其種仁蛋白質(zhì)含量27%左右，元寶楓籽油的脂肪酸組成介于花生油和菜籽油之間，不飽和脂肪酸含量達90%以上，而元寶楓種仁平均出油率為36.07%以上。因此，作為生物柴油原料的發(fā)展?jié)摿O大。目前利用元寶楓籽生物柴油的主要方法為酯交換法，但傳統(tǒng)的酯交換法大都存在催化效率低、產(chǎn)量低、色澤深、容易變質(zhì)、反應(yīng)時間長、腐蝕設(shè)備、工藝復(fù)雜、反應(yīng)溫度高、能耗較大、易造成二次污染和副廣物損失、成本$父尚等缺點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對傳統(tǒng)酯交換法生產(chǎn)生物柴油存在的問題，提供一種利用磁性納米催化劑生產(chǎn)生物柴油的方法。本發(fā)明以磁性納米固體酸為催化劑，不僅不腐蝕設(shè)備，還能較大地提高催化效率，可縮短反應(yīng)時間和降低能耗等。
[0006]為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0007]一種利用磁性納米催化劑生產(chǎn)生物柴油的方法，包括以下步驟:
[0008]1.原料預(yù)處理:在元寶楓籽油中加入重量比為1.5-2.5%的活性氧化鋁吸附劑，在轉(zhuǎn)速為150-250r/min下攪拌15-25min，即可得到純元寶楓籽油；
[0009]2.酯化反應(yīng):將純元寶楓籽油、甲醇和磁性納米催化劑以重量比為100:25-35:1-2加入反應(yīng)釜中，在溫度為50-60°C、攪拌速度為100-250r/min下，進行酯化反應(yīng)30-60min，得酯化產(chǎn)物；
[0010]3.分離生物柴油粗品:將酯化產(chǎn)物在轉(zhuǎn)速為500-800r/min下離心10-15min，靜置沉淀后，將上層液和下層液分離，上層液即為生物柴油粗品，下層為甘油；
[0011]4.提純生物柴油:將上述得到的生物柴油粗品加至攪拌器，再加入以硅藻土和聚乙烯酰胺組成的混合吸附劑，其加入量為生物柴油粗品重量的1_3%，在轉(zhuǎn)速100-150r/min下攪拌10-15min，即可得到生物柴油產(chǎn)品。
[0012]以上所述磁性納米催化劑包括B2O3-Fe3O4、Zr02_Fe304和Al 203-Fe304。
[0013]以上所述硅藻土和聚乙烯酰胺組成的混合吸附劑是由30-40 %硅藻土和60-70 %聚乙烯酰胺組成。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果:
[0015]1、本發(fā)明利用可再生資源元寶楓籽油制備生物柴油，可有效解決當(dāng)前全球能源危機和環(huán)境污染問題，生產(chǎn)的生物柴油不僅品質(zhì)得到較大提高。
[0016]2、本發(fā)明將磁性納米催化劑引入到生物柴油的生產(chǎn)中，其中磁性納米催化劑具有反應(yīng)界面大、表面積大、傳質(zhì)阻力小、反應(yīng)條件溫和、活性高、活性穩(wěn)定性好等特點，使得其在酯化反應(yīng)中催化效率高、催化效果顯著，從而縮短反應(yīng)時間和提高生物柴油的產(chǎn)率。另一方面磁性納米催化劑依據(jù)外在磁場可以方便，快速地將其分離、回收，可多次循環(huán)利用，克服非磁性納米催化劑難回收、成本高的缺點，對緩解環(huán)境污染、提高企業(yè)生產(chǎn)效益、實現(xiàn)資源循環(huán)高效利用具有重要意義。
[0017]3、本發(fā)明采用吸附法提純生物柴油，操作簡單、成本低，可有效解決耗能大和“三廢”排放問題;選用硅藻土和聚乙烯酰胺組成的混合物作為吸附劑，不僅可以很好吸附生物柴油的游離酸、甲醇、甘油、甘油脂等雜質(zhì)，同時還具有很好的脫水效果，可以克服生物柴油色澤深、易變質(zhì)及常規(guī)蒸餾法存在工藝復(fù)雜、耗能大、反應(yīng)時間長等問題。
[0018]4、本發(fā)明在酯化反應(yīng)之前先用活性氧化鋁對元寶楓籽油進行預(yù)處理，可以吸附元寶楓籽油的雜質(zhì)和部分游離酸，使得酯化反應(yīng)過程產(chǎn)生的肥皂少，減輕了后續(xù)精制粗生物柴油的難度。
[0019]5、本發(fā)明方法具有制備工藝簡單、節(jié)能環(huán)保、催化效率高、反應(yīng)時間短、產(chǎn)率高、產(chǎn)品純度高等優(yōu)點，具有很好的社會效率、生態(tài)效益和經(jīng)濟效益，容易實現(xiàn)規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
【具體實施方式】
[0020]下面將結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進一步說明，但不限于本發(fā)明的保護范圍。
[0021]實施例1
[0022]本實施例所用的磁性納米催化劑為B2O3-Fe3O^其制備方法包括以下步驟:
[0023]a.磁性Fe3O4納米微球的制備:將質(zhì)量比為I: 3.5的FeCl2和FeCl3溶于蒸餾水水中，通入氮氣，在300r/min轉(zhuǎn)速下攪拌，逐滴加氨水至pH值為12 ；再控制溫度為60 °C、轉(zhuǎn)速為300r/min，攪拌1.5h，反應(yīng)后冷卻至室溫，利用磁石吸附作用收集Fe3(k微粒，用蒸饋水清洗至中性，在溫度為70°C下真空干燥3h，得磁性Fe304納米微球，微球的粒徑為64nm。
[0024]b.B2O3-Fe3O4磁性納米催化劑的制備:將質(zhì)量比為1:8的磁性Fe304納米微球和硝酸硼溶液加至超聲波攪拌器，再加入與磁性Fe304納米微球質(zhì)量比為1:20的乙醇，在轉(zhuǎn)速為300r/min、溫度為50°C下，逐滴加入氨水至pH為12，超聲攪拌3h后，所得的產(chǎn)物經(jīng)磁分離，再用蒸餾水清洗6次，用微波為70°C干燥Sh，最后在500°C及氮氣保護下焙燒2h，即可制得B2O3-Fe304磁性納米催化齊U ο
[0025]—種利用磁性納米催化劑生產(chǎn)生物柴油的方法，包括以下步驟:
[0026]1.原料預(yù)處理:在10g元寶楓籽油中加1.5g的活性氧化招吸附劑，在轉(zhuǎn)速為150r/min下