[发明专利]一种疏水性双金属纳米催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种疏水性双金属纳米催化剂及其制备方法与应用，该催化剂的活性组分为CaO、CuO和BN，所述CaO、CuO和BN前体的质量比为4:1:0.4～0.6，并提供该催化剂的制备方法，以及在大豆油转酯化生产生物柴油中的应用，提高生物柴油的产率。

技术领域

本发明属于固体碱性催化剂技术领域，具体涉及一种疏水性双金属纳米催化剂的制备方法及其在生物柴油转酯化反应中的应用。

背景技术

在推进化石能源清洁高效节约利用的同时，需积极投入新能源和可再生能源的开发和利用。生物柴油时清洁可再生能源中及其重要的组成部分，其各项理化性质和化石柴油相近，且生物柴油具有高闪点、高十六烷值、低黏度和生物可降解的优点。生物柴油制备方法中应用最多且工艺最成熟的是酯交换法，是指原料油与低碳链醇在催化剂的作用下生成脂肪酸烷基类酯(即生物柴油)和副产物甘油。生物柴油工业的关键问题在于催化剂的选择，酯交换反应中通常使用均相酸/碱催化剂，但均相催化剂存在不易分离，催化剂重复利用低等问题。因此目前工业化生产的生物柴油通常选用固体催化剂，相比酸性催化剂，碱性催化剂具有催化活性强，容易和产物分离等独特的优点。因此，寻找高效、对环境无害并且容易分离的固体碱性催化剂逐渐成为研究的热点。

固体碱性催化剂作为酯交换反应催化剂生产生物柴油有几方面优点：①催化剂活性高且可重复使用；②原料来源广泛且价格低廉，如石灰石、氢氧化钙等；③环境友好，产生的碱性废液较少。在常用的固体碱性催化剂中，CaO具有原料丰富、制备工艺简单，在甲醇中的溶解度小等优点，因此在利用酯交换反应生产生物柴油中的应用具有较好的前景。但是CaO存在一个很普遍的缺点，在空气中极易吸水和CO₂，导致催化剂活性降低，且副产物甘油也易导致其活性位点失活；其次，在反应系统中，Ca²⁺易浸出，降低了催化剂的活性。现有的CaO/CuO双金属纳米催化剂相比其他催化剂转化率较低，且催化剂容易与水发生反应，导致催化剂活性位点降低。

发明内容

发明目的：本发明的第一目的为提供一种提高转酯化反应速率的疏水性双金属纳米催化剂，本发明的第二目的为提供一种疏水性双金属纳米催化剂的制备方法，本发明的第三目的为提供一种疏水性双金属纳米催化剂在生产生物柴油中的应用。

技术方案：本发明的疏水性双金属纳米催化剂，催化剂的活性组分为CaO、CuO和BN，CaO、CuO和BN前体的质量比为4:1:0.4～0.6。

本发明的疏水性双金属纳米催化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将Ca(OH)₂粉末和甲基丙烯酸溶液在去离子水中溶解，搅拌、过滤，得到呈透明无色状Ca(MAA)₂·H₂O前驱体溶液；

(2)将CuCO₃·Cu(OH)₂粉末、甲基丙烯酸溶液和二氯甲烷在温度为19～21℃条件下反应，反应结束后将溶液蒸发直至液体消失，随后干燥，得到固体Cu(MAA)₂聚合物；

(3)将六方氮化硼球磨，得到BN粉末，将Ca(MAA)₂·H₂O前驱体溶液混合于无水乙醇中，静置形成白色粘稠的Ca(MAA)₂络合物，用无水乙醇洗涤过滤收集Ca(MAA)₂络合物，将Ca(MAA)₂络合物、Cu(MAA)₂聚合物和BN粉末混合于无水乙醇中，搅拌，得到的溶液进行旋转蒸发直至液体消失，随后干燥，得到CaO/CuO/BN前体；

(4)将所述CaO/CuO/BN前体煅烧至645～655℃，保温，得到疏水性双金属纳米催化剂。

进一步地，步骤(1)中，Ca(OH)₂和甲基丙烯酸的摩尔比为1:2～2.01。