[发明专利]一种以废白土为原料合成碱催化剂的方法及其用于制备生物柴油

说明书

本发明公开了一种以废白土为原料制备的碱催化剂，所述的碱催化剂为固体碱催化剂或磁性固体碱催化剂；所述的固体碱催化剂是以废白土为原料，经干燥、空气氛围煅烧制得废白土灰，再与氢氧化钠在水中回流反应，再经400～600℃氮气氛围煅烧制得的；所述的磁性固体碱催化剂是以废白土为原料，经干燥、氮气氛围煅烧制得废白土炭，再与氢氧化钠、硫酸铁在水中回流反应，再经400～600℃氮气氛围下还原制得的。本发明以废白土制得碱催化剂，不仅节约生产成本，而且减少了废白土所造成的环境问题。碱催化性能稳定、制备工艺简单、污染小、易回收且催化制备生物柴油产率高，表现出极高的活性和稳定性，易于实现商业化应用。

技术领域

本发明属于催化剂制备和应用技术领域，涉及一种碱催化剂及其合成方法与应用，具体涉及一种以工业废弃物废白土为原料制备的固体碱催化剂或磁性固体碱催化剂及其合成方法，以及上述碱催化剂在高酸值废弃油制备生物柴油的应用。

背景技术

近年来，生物柴油等生物质能因其可再生、低污染等优势在能源领域得到了的广泛关注。生物柴油由可食用油脂或非食用油脂在催化剂的作用下、经酯交换或酯化反应得来。在现有的工业催化体系中，酸催化在技术上具有工艺简单等优势，如CN101708470A公开了一种用于生物柴油生产的磁性固体酸催化剂，但酸催化往往需要较高的反应温度和较长的反应时间^[1]，即使是催化效率最高的浓硫酸，也需要在120℃条件下转酯化反应20小时以上来生产生物柴油^[2]。与以酸为催化剂的体系相比，采用均相NaOH或KOH的碱催化体系，可以在相对较低的温度下实现生物柴油的商业化生产。然而，目前工业生物柴油推广应用面临的主要挑战有以下几方面：(1)、尽管非食用油(如：地沟油、小桐籽油等)具有较低的成本，但因其酸值普遍较高(AV：0.08-44mg KOH/g)^[3]，使用碱催化易造成严重的皂化^[4]。工业上常用两步法，即先用浓硫酸酯化高酸值油脂使其酸值降低，再用氢氧化钠进行酯交换反应生产生物柴油。(2)、一般地，催化剂活性物质在甲醇中浸出，与游离脂肪酸发生皂化反应，固体碱催化剂的可回收性不理想^[5]。(3)、大部分对于生物柴油催化剂的研究都集中于实验室水平的化学合成，难以达到工业化量产。

在食用油精制过程中，往往需添加2～3wt％活性白土用于油脂脱色和吸附杂质，吸附油脂后的废渣被称为废白土(SBC)^[6]。经估算，全球每年约产生2百万吨废白土^[7]。一般地，废白土都被掩埋到垃圾场，但是废白土含有不饱和油，易产生臭味且有着火的危险。基于上述原因，许多国家已不再允许将废白土丢弃在掩埋场或公共处理场。废白土中含有约20％的有机物(如油脂)及80％左右的无机成分(如二氧化硅、氧化铝及其他金属有机物)，因此，废白土油及其废渣是生物柴油制备的良好原材料。

参考文献：

[1]Tran D-T,Chang J-S,Lee D-J.Recent insights into continuous-flowbiodiesel production via catalytic and non-catalytic transesterificationprocesses.Applied Energy.2017；185:376-409.

[2]Goff MJ,Bauer NS,Lopes S,Sutterlin WR,Suppes GJ.Acid-catalyzedalcoholysis of soybean oil.Journal of the American Oil Chemists Society.2004；81:415-420.