高活性离子液体催化棉籽油酯交换制备生物柴油

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1、第27卷第4期催化学报2006年4月Vol.27No.4chinesejournalofcatalysisApril2006文章编号：0253-9837（2006）04-0294-03研究快讯：294!296高活性离子液体催化棉籽油酯交换制备生物柴油吴芹1，2，陈和1，韩明汉1，王金福1，王德峥1，金涌1（1清华大学化工系，北京100084；2北京理工大学化工与环境学院，北京100081）摘要：制备了五种对水稳定性好、带~SO官能团的Brnsted酸离子液体，并用它们催化棉籽油酯交换反应制备生物柴油.3-结果表明，磺酸类Brnsted酸离子液体具有很好的催化活性，其催化活性与阳

2、离子中的含氮官能团和碳链长度有关，吡啶丁烷磺酸硫酸氢盐离子液体的催化活性最好，其活性接近于浓硫酸催化剂.离子液体容易同产物分离，具有很好的稳定性，可以循环使用，对环境友好，是制备生物柴油的较理想催化剂.关键词：离子液体；Brnsted酸；酸催化；棉籽油；酯交换反应；生物柴油中图分类号：O643／tO53文献标识码：A随着石油资源的日益枯竭和生态环境的日益恶催化剂的潜力，已用于催化很多反应［7］.但是，目前化，对环境友好的石油燃料替代品越来越引起人们采用离子液体催化制备生物柴油方面的研究尚未见的关注.生物柴油是一种新型的无污染、可再生能报道.源，其燃烧性能可以与传统的石油系柴油媲

3、美，燃烧本文制备了五种对水稳定性好、带~SO3-官能过程中排放出的尾气中有害物质的含量比传统石化团的Brnsted酸离子液体，并考察了它们催化棉籽柴油降低了50%.因此，目前生物柴油的研究和应油酯交换反应制备生物柴油的性能.［1!6］离子液体的制备方法［8，9］为：在无溶剂的条件用备受世界各国的关注.生物柴油是由动植物油脂原料与甲醇通过酯交下，将吡啶（N-甲基咪唑或三乙胺）与等摩尔的烷基换反应生成的长链脂肪酸甲酯类物质.生物柴油的磺酸内酯在三口烧瓶中混合，在40C下搅拌1d，得到白色固体，提纯，真空干燥，制得两性离子制备方法包括酶法和化学法等.酶法中原料甲醇容R~（C-）SO~

4、（R为吡啶、N-甲基咪唑或三乙易导致酶失活，而且反应过程中生成的副产物甘油2n3容易附着在脂肪酶表面，使反应难以进行.传统的胺）.将制得的两性离子与等摩尔的-2SO4在三口化学法通常采用强酸（硫酸）或强碱（KO-和烧瓶中混合，在40C下搅拌2!3d，直至两性离子NaO-）作催化剂，催化剂腐蚀性强且反应后不易分全部溶解、液化，提纯，真空干燥，制得SO3-类离子液体.本文制备了五种含有不同含氮官能团和不同离回收，生成的废水和废渣对环境污染大.因此，开碳链长度的离子液体，分别命名为la，lb，2a，2b发对环境友好的绿色合成工艺成为当务之急.和3a，具体见图式1.离子液体作为一种新型

5、的环境友好溶剂和液体酸催化剂，具有其它有机、无机溶剂和传统催化剂不具备的优点，它同时拥有液体酸的高密度反应活性位和固体酸的不挥发性，其酸性可以超过固体超强酸且可以根据需要进行调节，反应后容易同产物分离，液体范围宽，热稳定性高，并且种类繁多，具有结构可调性.离子液体的物理化学性质在很大程度上取决于所用的阴阳离子种类，是真正意义上的可设图式l五种离子液体的结构计的绿色溶剂和催化剂，因此它具有取代传统工业Scheme1StructureoffiveSO3--functionalizedionicliCuids收稿日期：2005-11-29.第一作者：吴芹，女，1976年生，博士.联系

6、人：韩明汉.tel：（010）62781469；Fax：（010）62772051；E-mail：hanmh"mail.tsinghua.edu.cn.基金项目：国家自然科学基金重点项目（20436050）.第4期吴芹等：高活性离子液体催化棉籽油酯交换制备生物柴油295离子液体的催化性能评价在带有电动搅拌的不学平衡，反应速度减小.其中反应时间为5h时，lb锈钢高压反应釜（容积250ml）中进行.将原料和催催化生成的甲酯含量可达92%.化剂按甲醇I棉籽油I离子液体摩尔比为12I1I在相同的反应条件下，考察了浓硫酸对酯交换0.057加入反应釜中，加热升温至170C开始搅拌反应制备生

7、物柴油的催化活性，发现当反应时间为反应，数小时后停止加热和搅拌，取出混合物，静置3h时，产物中脂肪酸甲酯含量为86%.相同时间后分为两层，上层为催化剂相（催化剂、甲醇和甘油下，离子液体lb催化生成的产物中甲酯含量为混合物），下层为产物.产物采用日本岛津公司的81%，说明lb与浓硫酸的催化活性接近.但浓硫酸具有强腐蚀性，存在后续处理困难、环境污染、催LC-10AT型高效液相色谱进行分析，流动相为丙酮化剂回收难等问题，综合考虑催化剂活性和对环境I乙腈=1I1，流速1.0ml／min，色谱柱为OD