[发明专利]介孔KF/CaxAl2O(x+3)固体碱及其合成方法

说明书

技术领域

本发明属于介孔催化剂领域，涉及一类新型的生产生物柴油的绿色、高效介孔固体碱催化剂及其合成方法。具体地说，本发明涉及介孔KF/Ca_xAl₂O_(x+3)固体碱及其合成方法。

背景技术

随着社会的发展，人类对能源的需求量越来越大，与此同时非再生的化石能源的不断使用，使得人类面临的能源缺口正变得越来越大，此外还造成了许多的环境污染问题，诸如温室效应、酸雨、光化学烟雾等。能源与环境已成为制约社会发展的关键问题，因此发展清洁、可再生能源非常必要。正是在这一背景下，生物柴油的概念提出来了。生物柴油是指以可再生的动植物油脂为原料所得到的液体燃料。作为一种新型的燃料，与石化柴油相比生物柴油具有很多优点：十六烷值高，能降解、污染小、可再生、可减小温室效应、闪点高—使用安全、十六烷值高—良好的燃烧性能等。

目前国际上生产生物柴油的主要方法是酯交换法。用于酯交换反应的催化剂有均相催化剂、异相催化剂和生物酶催化剂。均相催化剂可使甘油三酯转化率高，但存在后处理复杂，产物分离难和有废液排放等问题；以酶作催化剂，反应条件温和，醇油比较低，但是酶价格昂贵，催化对象单一，寿命较短，反应时间长。因此现在人们把目光投到异相催化剂（固体酸、固体碱）的研究上，但是其中物种易流失，相比于均相碱，在温和条件下活性低，为得到高的生物柴油产率需要高的醇油比、催化剂用量、长的反应时间(Energy Fuels,2008,22,207;Appl.Catal.,A,2009,366,154)。因此发展更高活性的固体碱是迫切需要的。

金属氧化物尤其是碱土金属氧化物因其适宜的碱性，引起广泛的关注（Energy Fuels,2008,22,145;Fuel,2008,87,216;Green Chem.,2008,10,373;Korean J.Chem.Eng.2008，25，998)，其中CaO因其丰富低毒的廉价钙源而备受关注(Bioresour.Technol.，1999，70，249)。然而将CaO直接用作酯交换反应催化剂制得的生物柴油中Ca的含量过高(Appl.Catal.，B，2007，73，317)，需要一系列的后处理工作方能使柴油中Ca含量合标。另有研究表明，将CaO负载在氧化铝上得到的材料仍具有较好的催化活性，且制得的柴油中Ca含量大大减小(31ppm)，但是仍然超过EN14214标准(＜5ppm)(Appl.Catal.，A，2009，366，154；Fuel Process.Technol.2010，91，243)，而钙铝石Ca₁₂Al₁₄O₃₃对酯交换反应却没有催化活性(Energy Fuels，2010，24，979)；Gao等发现将KF负载在Ca-Al混合氧化物上有助于提高其对酯交换反应的催化活性(Biomass Bioenergy，2010，34，1283)。

迄今为止，本领域尚未开发出能够解决当前生产生物柴油的催化剂所存在的问题的，新型的生产生物柴油的绿色、高效介孔固体碱催化剂。

发明内容

本发明提供了新颖的介孔KF/Ca_xAl₂O_(x+3)固体碱及其合成方法，从而解决了现有技术中存在的问题。

一方面，本发明提供了一种介孔KF/Ca_xAl₂O_(x+3)固体碱，它是通过往载体介孔Ca_xAl₂O_(x+3)材料的孔道中负载KF得到的，其中，x是0≤x＜2。

在一个优选的实施方式中，该介孔KF/Ca_xAl₂O_(x+3)固体碱具有介孔孔道；碱性强于CaO；当用作酯交换反应催化剂时，活性高于传统的固体碱CaO(在反应初始1小时内，具有更高的反应速率和转化频率)，反应进行5小时后得到的生物柴油(FAME)产率约为98％，符合EN14214标准(≥96.5％)；且用该介孔KF/Ca_xAl₂O_(x+3)固体碱催化剂得到的生物柴油中，Ca的含量＜2.5ppm，K的含量为11.7ppm，甘油单酯的含量＜0.8重量％，甘油二酯的含量＜0.2重量％。