[发明专利]一种生物柴油酸碱双功能磁性纳米催化剂及制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种生物柴油酸碱双功能磁性纳米催化剂及制备方法和应用。该方法通过水热和煅烧法将过渡金属元素Co掺杂进入具备酸碱双功能的Fe₂O₃混合CaO中，Co掺杂进入CaO中，使得Ca²⁺稳定性增加，Fe₂O₃对Ca²⁺也有一定的稳定作用，二者同时缓解了Ca²⁺的流失，提高了催化剂的催化活性和寿命。且Co的掺入使Fe₂O₃的晶型从α‑Fe₂O₃转变为γ‑Fe₂O₃，从而使催化剂具备了磁性，可经由磁回收重复利用。另外，该催化剂可以有效催化大豆油转化为生物柴油，产率可达98.0％。此外，所制备的生物柴油可用作柴油机燃料，开发为脂肪醇、绿色增塑剂等附加值产品，具有较大的工业应用发展潜力。

技术领域

本发明属于生物质能源技术领域，具体涉及一种生物柴油酸碱双功能磁性纳米催化剂Co/Fe₂O₃-CaO制备方法及应用。

背景技术

化石燃料是最常用的能源，占世界能源需求的80％。然而，化石能源不可再生且随着人类对能源需求的增加，寻找替代能源已成为世界关注的焦点，我国“碳达峰、碳中和”目标的提出表明，生物柴油可能在不久的将来成为最具潜力的替代燃料。目前，生物柴油主要是利用均相或多相催化剂通过对动植物油脂、餐饮废油、微藻等可再生资源进行酯交换反应合成的。均相催化剂的酯交换反应是最常见和最商业化的技术，但存在环境污染和回收成本高的问题。多相催化剂由于易于分离和回收，可以克服这一问题。常规的固体酸催化剂对原料油的酸值和水分具有较高的耐受性，但是反应速率慢，固体碱催化剂反应速率快，但是对原料油的酸值和水分要求较高，否则会发生皂化反应，影响分离且会造成催化剂损失，因此，开发具有酸碱双功能的催化剂兼具了酸催化剂较强的耐酸和耐水性以及碱催化剂反应速率快的优点，被认为是一种新颖、有前途的利用高酸值原料生产生物柴油的技术。

CaO由于原料易得、来源广泛且成本低、催化活性高等优点被广泛应用于催化制备生物柴油。然而，纯的CaO直接催化酯交换反应时，其表面的晶格氧自由基容易与甲醇或甘油形成氢键，增加了甘油的粘度，与CaO形成悬浮液，造成催化剂活性组分流失且分离困难等问题。因此，开发具有高稳定性，强活性位点，耐酸和水分，易于分离和回收且可以循环利用的磁性酸碱双功能非均相钙基催化剂来更加高效地制备生物柴油具有一定的研究意义。

发明内容

为了解决纯的CaO作为催化剂，其活性组分易于流失、分离困难等问题，本发明将过渡金属元素Co掺杂到混合金属氧化物Fe₂O₃-CaO上，Co掺杂进入CaO中，使得CaO晶格变形，Ca²⁺稳定性增加，且Fe₂O₃对Ca²⁺也有一定的稳定作用，二者同时缓解了Ca²⁺的流失，提高了催化剂的催化活性和寿命。另外，Co掺杂进入Fe₂O₃中，使得Fe₂O₃的晶型发生了转变，由α-Fe₂O₃转变为γ-Fe₂O₃，同时催化剂也因此具有了磁性。

本发明所提供的技术方案如下：

一种生物柴油酸碱双功能磁性纳米催化剂，其结构为Co/Fe₂O₃-CaO；其中Co和Ca摩尔比0.2:1～0.6:1。

优选Co和Ca摩尔比0.4:1～0.5:1。

一种生物柴油酸碱双功能磁性纳米催化剂的制备方法，包括如下步骤：