[发明专利]一种电石渣基固体碱催化剂、制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于生物柴油技术领域，涉及一种电石渣基固体碱催化剂、制备方法及其应用，特别涉及电石渣废弃物制备固体碱性催化剂的方法及由该方法得到的电石渣基固体碱催化剂在植物油或废弃油脂与甲醇等经过酯交换反应制备生物柴油方面的应用。

背景技术

生物柴油是以动植物油脂、废弃油脂等原料与甲醇或乙醇等醇类物质在催化剂作用下通过酯交换工艺制得的长链脂肪酸甲酯(FAME)。生物柴油具有十六烷值高、硫及芳烃含量低、闪点高、良好的润滑性等特点。生物柴油作为重要的石化能源替代品，具有巨大的发展潜力。生物柴油传统生产方法采用氢氧化钠、氢氧化钾等均相碱催化剂，但存在催化剂不易回收、大量废液不易处理、腐蚀设备等缺点。为克服以上所述这些缺点，研究者们开发了多种固体碱催化剂，其中CaO因催化活性高、使用寿命长、原料易得、后处理简单等优点而成为研究热点。

电石渣是工业生产乙炔气、聚氯乙烯(PVC)等产品过程中产生的废渣，其主要成分为Ca(OH)₂。据中国电石工业协会统计，我国在2013年的电石产量超过2000万吨，按照每吨电石水解后产生约1.45吨电石渣计算，那么2013年电石渣排放量大约3000万吨。由此可见，每年电石渣存量非常大。而电石渣属于较难处理的工业废弃物，以往主要以堆放填埋处理为主，不仅占用大量土地，而且容易产生二次污染，严重影响生态环境安全，需要拓展电石渣废弃利用的新路线。

结合以上分析，利用电石渣废弃物制备高活性固体碱性催化剂，并将所得催化剂用于制备高价值的生物柴油能源化学品，可以丰富电石渣废弃物的利用方式，对于固体废弃物资源的循环利用和绿色化工过程开发具有重要意义。

发明内容

鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种电石渣基固体碱催化剂的制备方法。该催化剂制备过程简单实用，成本低廉，可用来制备低成本的固体碱催化剂，有望实现固体碱催化剂的有效替代；且该催化剂具有优异的催化活性，可用于植物油或废弃油脂与低碳醇反应制备生物柴油的过程。

为了实现上述目的，本发明首先提供了一种电石渣基固体碱催化剂的制备方法，所述方法采用工业废弃物电石渣作为原料，具体包括如下步骤：

(1)采用干燥、粉碎和过筛的方式对电石渣废弃物进行预处理，使其粒度为25-1700μm；

(2)将经过预处理的电石渣废弃物加入到酸性溶液中进行酸处理，得到金属盐混合液；

(3)将所得金属盐混合液的pH值用碱性沉淀剂调节为10-13，得到固体沉淀；

(4)将所得固体沉淀经过老化处理；

(5)对经过老化处理的固体沉淀经过过滤、洗涤、干燥和焙烧活化，得到所述电石渣基固体碱催化剂。

所述酸性溶液选自盐酸、硫酸、硝酸或醋酸中的任意一种或者至少两种的混合物。所述酸性溶液例如为盐酸和硝酸的混合物，盐酸和醋酸的混合物，盐酸和硫酸的混合物，硫酸和硝酸的混合物，盐酸、硝酸和硫酸的混合物。

优选地，所述酸性溶液的浓度为0.1-10mol/L，例如0.5mol/L、1mol/L、1.5mol/L、2mol/L、2.5mol/L、3mol/L、3.5mol/L、4mol/L、4.5mol/L、5mol/L、5.5mol/L、6mol/L、6.5mol/L、7mol/L、7.5mol/L、8mol/L、8.5mol/L、9mol/L或9.5mol/L。

优选地，所述酸处理的温度为80-120℃，酸处理的时间为1-6小时。

所述酸处理的温度例如为82℃、84℃、86℃、88℃、90℃、92℃、94℃、96℃、98℃、100℃、102℃、104℃、106℃、108℃、110℃、112℃、114℃、116℃或118℃。

所述酸处理的时间例如为1.2小时、1.4小时、1.6小时、1.8小时、2小时、2.2小时、2.4小时、2.6小时、2.8小时、3小时、3.2小时、3.4小时、3.6小时、3.8小时、4小时、4.2小时、4.4小时、4.6小时、4.8小时、5小时、5.2小时、5.4小时、5.6小时或5.8小时。

在本发明中，所述碱性沉淀剂选自碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、尿素、磷酸钾或磷酸钠中的任意一种或者至少两种的混合物。所述碱性沉淀剂例如为碳酸钠和碳酸钾的混合物，碳酸钠、氢氧化钠和氢氧化钾的混合物，氢氧化钠、氢氧化钾、氨水和尿素的混合物。