生物柴油催化剂KFZn—Al固体碱的制备及表征.pdf

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1、第30卷第l1期应用化学Vo1．30Iss．112013年11月CHINESEJOURNALOFAPPLIEDCHEMISTRYNOV．2013生物柴油催化剂KF／Zn—AI固体碱的制备及表征靳福全(太原工业学院化学与化工系太原030008)摘要采用共沉淀、高温焙烧及KF掺杂zn—Al类水滑石的方法制备了KF／Zn—A1固体碱催化剂。通过正交试验考察了制备条件对KF／Zn．A1固体碱催化活性的影响，得到的优化条件为：陈化温度353K、陈化时间16h、焙烧温度823K、焙烧时间6h及m(KF)／m(Zn—A1)=1。以优化条件下制备的KF／Zn—A1

2、固体碱为催化剂，在n(醇)／n(油)=9、m(催化剂)／m(油)=0．04、反应温度338K、反应时间0．5h的条件下，菜籽油转化率可达97．75％。采用TG—DTG、BET、XRD、SEM技术及Hammett指示剂法对催化剂及其前驱体进行了表征。对催化剂结构及表面性质与其活性之间的关系进行了讨论。关键词类水滑石，复合氧化物，固体碱，催化剂，生物柴油中图分类号：O614；TQ645文献标识码：A文章编号：1000-0518(2013)11—1319-07DOI：10．3724／SP．J．1095．2013．30001生物柴油一般是指由植物油脂、动物

3、脂肪、微生物油脂、微藻、油脂加工下脚料、餐饮废油脂和甲醇在催化剂作用下，发生酯化或酯交换反应得到的长碳链(c一C。)脂肪酸甲酯。生物柴油制备过程中催化剂是关键的影响因素，近年来生物柴油催化剂的研究主要集中在固体酸、固体碱、酶和离子液体等绿色催化剂的制备及改性方面。其中固体碱中的水滑石焙烧产物、KF改性金属氧化物和KF改性水滑石焙烧产物，因其在生物柴油制备过程中能明显提高反应速率、后续处理简单、不或很少排放酸和碱性废水，成为生物柴油研究者颇感兴趣的研发热点。Jiang等⋯采用共沉淀、焙烧的方法，制备了Zn／A1水滑石焙烧产物催化剂，用于催化菜籽油合成

4、生物柴油的反应，在次临界条件下反应90min，菜籽油转化率达到84％，并发现该催化剂具有一定的抗酸、抗水的能力。钱卫卫等用等体积浸渍法制备了KF／CaO固体碱催化剂，用于催化大豆油与甲醇的酯交换反应，在超声波作用下反应1h，甲酯质量分数达到99．6％。Liu等将CaO／KF负载在粉煤灰微粒载体上制成生物柴油催化剂，用于大豆油和甲醇酯交换反应，反应20min，大豆油转化率为99．9％。Wen等采用浸渍法制备了纳米催化剂KF／CaO，用于乌桕籽油的转酯化反应，反应2．5h，生物柴油产率达96．8％。Hu等采用共沉淀、浸渍的方法制备了纳米磁性催化剂KF／

5、CaO—Fe，O，其中Fe。O几乎不起催化作用，但利用其磁性可方便分离回收催化剂，将其用于乌桕籽油的转酯化反应，反应3h，脂肪酸甲酯产率超过95％。Wang等采用共沉淀、浸渍的方法，制备了介孔纳米催化剂KF／CaO—MgO，该催化剂与CaO和KF／CaO相比，具有更高的活性和抗皂化、抗酸的能力，将其用于菜籽油的转酯化反应，反应3h，生物柴油产率超过95％。Gao等采用共沉淀、焙烧和混合研磨的方法，制备了KF／Mg—A1固体碱催化剂，将其用于棕榈油与甲醇的转酯化反应，反应5h，生物柴油产率达92％。吴功德等采用共沉淀、焙烧和浸渍的方法，制备了氟改性的

6、Mg—A1复合氧化物催化剂，将其用于大豆油和甲醇的酯交换反应，反应6h，大豆油转化率达到97．3％。Xu等通过在单个氧化物或混合氧化物载体上负载KF制备了一系列负载KF的非均相碱催化剂。实验表明，KF在载体表面的沉积可产生KMF和KOH，表面物种KF、KMF对掺杂KF的催化剂活性有促进作用，生成的KOH被证明是活性相。综上所述可以看出，KF掺杂改性能明显提高催化剂活性，且考虑到zn—Al水滑石焙烧产物既能和2013~1收稿，2013~2—15修回山西省高校科技开发项目(2010130)通讯联系人：靳福全，教授；TeVFax：0351~569476；

7、E—mail：j~zhf@163．eom；研究方向：油脂化学及生物质能l320应用化学第30卷KF反应产生KOH活性相，又能一定程度稳定KOH活性相，故以此为载体，通过KF掺杂改性制备了新型固体碱催化剂KF／Zn—A1。将其用于催化菜籽油与甲醇的酯交换反应，表现出极佳的催化效果，仅需0．5h，菜籽油转化率就高达97．75％。该固体碱催化剂及其在合成生物柴油中的应用目前尚鲜见报道。1实验部分1．1试剂和仪器菜籽油(山西成信油脂有限公司)，食品级；无水碳酸钠(北京华腾化工有限公司)，KF·2HO(北京北化精细化学品有限责任公司)，无水甲醇、Zn(NO)

8、：·6HO、A1(NO，)，·9H：O和氢氧化钠(天津市申泰化学试剂有限公司)均为分析纯试剂。TG-DTG在HCT．1型微