[发明专利]双功能离子液体一步法催化废油脂制备生物柴油的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种以吗啡啉类离子液体为催化剂，催化废油脂和烷基醇反应制备生物柴油的方法，属于离子液体催化技术领域。

背景技术

根据1992年美国生物柴油协会（National Biodiesel Borad，NBB）给出的定义，生物柴油（Biodiesel）是指以植物、动物油脂等可再生生物资源生产的可用于压燃式发动机的清洁替代燃油。近年来随着石油资源的日益枯竭以及人类对能源需求的不断增长。开发新的对环境无害的可再生能源成为许多科学家工作者的奋斗目标。生物柴油具有十六烷值高、基本不含硫和芳烃、能量密度高、润滑性能好、抗爆性好、能生物降解、可再生、安全性高等优点，可以部分或全部替代矿物柴油来使用。

US 2009270248专利发明内容涉及一种新型的碱性离子液体[Cat⁺-Z-Bas][X#x2212;],其中Cat⁺=阳离子部分，Bas=碱性部分，Z=连接Cat⁺和Bas的共价键；或者1、2或3个脂族二价连接基团，每个所述脂族二价连接基团均包含1至10个碳原子并且任选包含1个、两个、或3个氧原子；X#x2212=阴离子部分，并且条件是Bas不是-OH。其碱性部分由阳离子表现，根据反应环境设计成以最有效的方式适应化学过程的催化和分离，相比于常规溶剂体系，此发明的离子液体具有低的蒸汽压、可调的极性和性能以及高的热稳定性。并且以烷基卤与过量二氮杂双环[2,2,2]辛烷的反应得到碱性系列的离子液体。

中科院西双版纳热带植物园在专利CN 102031202 A中公开了一种1-丁基-3-甲基咪唑对甲苯磺酸盐、1-十八烷基-3-甲基咪唑溴盐、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐等酸性离子液体预酯化废油脂，再以氢氧化钾、氢氧化钠、氧化钙或镁铝水滑石类碱催化剂进行酯交换反应制备生物柴油。

CN 101856512专利公开了一种碱性咪唑类碱性离子液体催化餐饮废油脂制备生物柴油的技术，碱性离子液体催化剂的分子式为：

此发明主要是将废油脂除水后，在碱性离子液体为催化剂的存在下，与甲醇进行酯化反应，产物经蒸馏回收甲醇，饱和氯化钠水洗粗酯后用热水洗至中性，最后加入除水记得到成品生物柴油。此工艺操作简单，反应条件温和，但此工艺成本较高，咪唑的工业价值较高。

江南大学在专利CN 102492559 A中介绍了一种新型双核碱性离子液体制备生物柴油的方法。所述的碱性离子液体催化剂为双-（3-甲基-1-咪唑）亚乙基二氢氧化物、双-（3-甲基-1-咪唑）亚丙基二氢氧化物、双-（3-甲基-1-咪唑）亚丁基二氢氧化物、双-（3-甲基-1-咪唑）亚庚基二氢氧化物、双-（3-甲基-1-咪唑）亚辛基二氢氧化物。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在催化剂对设备腐蚀严重、反应速率慢、时间长、能耗大、收率低等缺点，而提供一种一步法催化废油脂制备生物柴油的工艺研究方法。发明思路是采用废油脂和烷基醇为原料，选择具有催化酯化反应和酯交换反应双功能吗啡啉类碱性离子液体为催化剂，在温和的条件下，催化合成生物柴油。

反应机理为：

其中R代表碳原子数为8～14的烷基。

一步法催化废油脂制备生物柴油的方法，按照下述步骤进行：碱性离子液体为催化剂，以废油脂和烷基醇为原料，在反应温度50～160℃，反应1～6h条件下制备生物柴油。

其中所述的离子液体为吗啡啉类碱性离子液体，结构通式为：

其中R为-CH₃、-CH₂CH₃、-CH₂CH₂CH₃、-CH₂CH₂CH₂CH₃或-CH₂CH₂CH₂CH₂CH₃。

其中所述的催化剂用量为废油脂质量的：0.1%～10wt%，优选为0.1%～9wt%,进一步优选为0.1%～8%。

其中所述烷基醇为一元低碳醇，优选1～6个碳原子的一元醇，进一步优选为1～4个碳原子的一元醇，最优选为甲醇、乙醇、异丙醇、丁醇其中任意一种或至少两种混合物。