[发明专利]一种短介孔固体碱分子筛催化合成生物柴油的方法

说明书

本发明公开一种短介孔固体碱分子筛催化合成生物柴油的方法，将甲基咪唑、硅烷偶联剂在有机溶剂中实现甲基咪唑N‑烷基化反应，得到一种有机硅离子液体[Smim]Cl，再嫁接到短介孔Zr‑SBA‑15分子筛载体上，最后与碱性物质进行阴离子交换，制得一种新型短介孔固体碱分子筛[Smim]X/SBA‑15催化剂，用于催化油脂与醇类物质合成生物柴油，反应温度65~85℃，反应时间6~10h，催化剂重复使用性好，用饱和盐水对生物柴油粗产品破乳分离，精制成本低，生物柴油产率达97.6%，物质组份回收循环利用，工艺绿色环保。

技术领域

本发明属于精细化工生物能源领域，涉及一种新型短介孔分子筛固载碱性离子液体催化剂[Smim]Y/Zr-SBA-15催化油脂与甲醇酯交换反应合成生物柴油的方法。

背景技术

生物柴油作为一种清洁可再生能源，具有良好的燃烧、环保、少硫氮化合物排放，使用灵活方便，仍是研究热点，特别是废弃油脂的利用更具有重要的社会环保意义。制备生物柴油通常采用碱催化，如KOH、NaOH、K2CO3、NaCO3等，但存在对设备腐蚀且需酸碱中和、均相碱液催化易皂化产生大量废水、对环境造成二次污染等问题。因此，开发催化活性高、易分离回收的固体催化剂代替传统均相碱液催化受到高度关注。

离子液体是由有机阳离子和有机或无机阴离子构成，与传统溶剂相比，蒸汽压低且热稳定性好，离子液体的阴阳离子具有可修饰性，通过引入活性基团，使其在有机反应中可作为高效催化剂同时还作为良好溶剂。但离子液体存在用量大、成本高、亦有一定粘度、与产物分离困难等缺点。孔洁（粮油加工，2010，3:31-33）用碱性离子液体[Bmin]OH催化葵花籽油与甲醇酯交换反应制备生物柴油，产品质量收率较高，但离子液体从产物中分离困难。这样促使研究具有高活性且易分离的固载离子液体，以克服离子液体用量大、成本高、亦有一定粘度、难分离回收的缺点。

本发明公开一种新型短介孔分子筛固载碱性离子液体催化剂[Smim]Y/Zr-SBA-15催化油脂与甲醇酯交换反应合成生物柴油的方法，具有催化效率高、催化剂重复使用性好、活性组分不易流失、离子液体用量低等优点。

发明内容

本发明的目的

本发目的旨在提供一种高效易分离稳定性好的一种短介孔分子筛固载碱性离子液体催化剂[Smim]Y/Zr-SBA-15的制备及催化油脂与甲醇酯交换反应合成生物柴油的方法。

本发明的技术方案

1.一种短介孔固体碱分子筛催化合成生物柴油的方法，包括：

（1）所述的短介孔固体碱分子筛为[Smim]Y/Zr-SBA-15，其中Zr-SBA-15为短介孔分子筛载体，Y为碱性阴离子，[Smim]为1-丙基(三乙氧基硅基)-3甲基咪唑阳离子，[Smim]的结构式为：

所述的短介孔固体碱分子筛[Smim]Y/Zr-SBA-15中，[Smim]Y、Zr、Si的质量摩尔比为0.1~1:0.01~0.1:1，优选0.4~0.8:0.02~0.04:1；

所述的短介孔固体碱分子筛[Smim]Y/Zr-SBA-15呈薄六边形，边长300~600nm，厚度50~150nm，孔径4~9nm，孔体积0.4~1.2cm³/g，比表面积300~700m²/g；

所述的短介孔固体碱分子筛[Smim]Y/Zr-SBA-15的碱度pKa为7.2~15.0。

（2）所述的短介孔固体碱分子筛[Smim]Y/Zr-SBA-15的制备方法如下：

第一步：将甲基咪唑、硅烷偶联剂、溶剂1按照1:1~4:15~25的质量比搅拌混合均匀，在105~120℃通N₂冷凝回流12~24h，实现甲基咪唑N-烷基化反应，减压蒸出溶剂1后，得到一种有机硅离子液体化合物 [Smim]Cl；