[发明专利]一种利用磁性炭负载酸碱催化餐饮废油制生物柴油的方法

说明书

本发明公开了一种利用磁性炭负载酸碱催化餐饮废油制生物柴油的方法，属于废物资源化领域。本方法以磁性炭为载体，负载酸(H₂SO₄)和碱(KOH)后用于餐饮废油两步催化制生物柴油。餐饮废油经除杂后进入酸催化酯化反应器，通过加入适量磁性炭/H₂SO₄固体催化剂和通入甲醇蒸汽，在最佳温度下反应。反应结束后溶液静置，分离甘油、甲醇和油脂。油脂进入碱催化酯交换反应器，通过加入适量磁性炭/KOH固体催化剂和甲醇，在最佳温度下反应。反应结束后溶液静置，分液收获生物柴油。酸碱反应器内磁性炭催化剂可通过强磁铁进行分离、回收、再生再利用。与传统工艺相比，本发明具有废液产生量小、催化剂易于回收、成本低等优点。

技术领域

本发明涉及废物资源化技术领域，特别指一种利用磁性炭负载酸碱催化餐饮废油制生物柴油的方法。

背景技术

随着社会经济的快速发展，能源消耗急剧增长，能源资源短缺已经成为制约我国社会经济发展的重要因素。国际石油价格的波动对我国的经济影响越来越大，日益匮乏的石油资源严重威胁到国家的能源安全，开发可再生的替代能源，摆脱对化石能源的依赖已成为能源研究的重要方向。化石燃料在燃烧过程中产生的二氧化硫、氮氧化物及大量颗粒粉尘对生态环境造成很大危害，相比于常规燃料，生物柴油作为绿色可再生的生物能源，具有无硫，无毒和易生物降解的特点，减少了燃烧过程中二氧化硫及颗粒物等有毒气体的排放。我国用动植物油脂为原料已经生产出合格的生物柴油，但由于这些动植物油脂来源有限，阻碍了生物柴油的应用，所以生物柴油的产业化关键是寻找廉价的、可大规模收集的油脂资源。我国饮食习惯导致产生大量的餐饮废油，全国每年餐饮废油的产生量约为1000万吨，如不管理并回收利用，就会被不法分子提炼成地沟油而回到人们的餐桌。因此考虑用餐饮废油作为制备生物柴油的原料，不仅实现了餐饮废油的高附加值利用，更降低了生物柴油的制备成本。

我国生物柴油生产普遍采用的液体酸碱两步催化法首先是使用浓硫酸催化油脂中游离脂肪酸生成脂肪酸甲酯(生物柴油)，再利用碱催化甘油三酯生成脂肪酸甲酯，催化剂溶于反应体系，反应后需要中和、水洗和干燥，造成过多的废水排放和能量消耗。而采用磁性固体酸碱催化剂，催化剂不溶于反应体系中，反应后通过外加磁场即可分离催化剂，以磁性固体酸碱催化剂替代均相的酸碱催化剂，大量减少的生物柴油制备过程中的废水排放和能源消耗，生产成本也相应降低。

本发明公开了一种利用磁性炭负载酸碱催化餐饮废油制备生物柴油的方法，该方法使用木屑等废弃生物质为碳源，实现变废为宝，资源的循环利用。此外采用磁性固体酸碱两步催化餐饮废油生产生物柴油克服了传统两步法中废水产生量大、催化剂难回收的问题。同时实现了餐饮废油的高附加值利用，有效降低了生物柴油的制备成本。

发明内容

本发明解决了传统均相催化制备生物柴油工艺中催化剂回收难、废液产量大等问题，实现了餐饮废油的高附加值利用，有效的降低了生物柴油的制备成本。

本发明的技术解决方案是提供一种利用磁性炭负载酸碱催化餐饮废油制生物柴油的方法，其特殊之处在于：

该方法包括磁性炭的制备、磁性固体酸的制备、磁性固体碱的制备、磁性固体酸的预酯化反应、磁性固体碱的酯交换反应；

(1)磁性炭的制备：取一定量三价铁盐溶于去离子水中，配置三价铁盐浓度10％～25％的溶液；将木屑经粉碎后置于三价铁盐溶液中；三价铁盐与木屑的质量比为4:1～10:1；木屑在三价铁盐溶液中浸泡30～120min后进行真空抽滤，并将滤饼于60℃下烘干至恒重；将烘干的滤饼放入氧化铝坩埚并置于高温管式炉，在N₂保护下以2～20℃/min的速率升温至550～900℃，保温30～120min，制得粗制磁性炭；用去离子水对粗制磁性炭进行洗涤去除杂质，固液比为1:10～1:200；洗涤所得磁性炭于105℃下烘干制得磁性炭成品；