專(zhuān)利名稱(chēng)：一種在離子液體中制備生物柴油的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及綠色能源、新能源生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及一種在離子液體中制備生物柴油的方法，更具體的涉及一種在醋酸鹽類(lèi)離子液體中制備生物柴油的方法。
背景技術(shù)：
由于化石燃料的大量、無(wú)節(jié)制的使用，造成了能源危機(jī)及環(huán)境惡化等問(wèn)題，使人類(lèi)面對(duì)能源與環(huán)境的雙重壓力，因此，人類(lèi)急需尋找一種綠色環(huán)保的可再生能源即生物柴油。 生物柴油的理化性質(zhì)與石化柴油非常相似，且具有科生物降解、可完全燃燒、有害物質(zhì)排放少等優(yōu)點(diǎn)，是種非常有潛力的未來(lái)能源。目前世界上廣泛采用的生物柴油生產(chǎn)技術(shù)是液堿或固體堿常溫常壓酯交換工藝，該工藝屬于傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝，具有流程復(fù)雜、環(huán)境污染嚴(yán)重等缺點(diǎn)。所以探索性的開(kāi)發(fā)綠色催化劑和現(xiàn)代過(guò)程強(qiáng)化技術(shù)是十分必要的，綠色催化如離子液體、酶等；過(guò)程強(qiáng)化技術(shù)如微波、超聲波輻射技術(shù)，加入共(助)溶劑技術(shù)等。
離子液體是綠色的溶劑和催化劑，其應(yīng)用已經(jīng)作為研究的熱點(diǎn)。2005年中科院化學(xué)所張軍等發(fā)現(xiàn)1-乙基-3-甲基咪唑醋酸鹽是纖維素的優(yōu)良溶劑，形成均相溶液。最近，研究人員指出1-乙基-3-甲基咪唑醋酸鹽1-乙基-3-甲基咪唑醋酸鹽([emim]Ac)對(duì)木質(zhì)素也具有良好的溶解能力，(Fu，D. ；Mazza, G. ；Tamaki，Y.，Lignin Extraction from Straw by Ionic Liquids and Enzymatic Hydrolysis of the Cellulosic Residues. J. Agric. Food Chem)；但是此種離子液體作為催化劑用于生物柴油的研究較少。Zhang等 (Bioresource Technology)合成了具有B酸活性的磷酸吡咯離子液體，用于催化游離脂肪酸與甲醇的酯化反應(yīng)，反應(yīng)他后酯化率可達(dá)90%以上。青島生物能源與過(guò)程所咸漠等合成具有酸功能化烷基吡啶、二烷基咪唑和烷基胺鹽陽(yáng)離子的離子液體用于催化游離脂肪酸與乙醇的反應(yīng)，反應(yīng)酯化率可達(dá)95%以上(CN200810057894. 2)。廣東工業(yè)大學(xué)黃寶華等合成的磺酸吡咯烷酮類(lèi)和嗎啡啉類(lèi)離子液體用作酯交換反應(yīng)的催化劑，催化油脂與甲醇制備生物柴油，收率達(dá)80%以上(CN200810220576.3).以上功能化離子液體雖然活性較高， 但是合成過(guò)程復(fù)雜、純化困難、成本較高，從而極大的限制了離子液體的應(yīng)用。
蓖麻是一種世界性油物作物，是集多種開(kāi)發(fā)潛力于一身的生物質(zhì)能源，被人們譽(yù)為極具開(kāi)發(fā)潛力又可再生的“綠色礦源”。蓖麻在我國(guó)產(chǎn)量很高，價(jià)格低廉，其含油量很高達(dá) 80%。該領(lǐng)域技術(shù)產(chǎn)品的研發(fā)和應(yīng)用日益受到各國(guó)重視。美國(guó)將其列為八大戰(zhàn)略物資；巴西將其作為國(guó)家能源替代主要原料；法國(guó)將用蓖麻生產(chǎn)尼龍11技術(shù)列為國(guó)家機(jī)密等等，所以生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)也為世人所共識(shí)。故實(shí)驗(yàn)采用蓖麻油作為原料，酯交換制備生物柴油。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種在離子液體中制備生物柴油的方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為
以1-乙基-3-甲基咪唑醋酸鹽/NaOH為催化劑比例為1 3 1 18，反應(yīng)溫度范圍為20 80°C常壓回流、催化劑用量為8% 25%、醇油摩爾比為9 1 27 1、反應(yīng)時(shí)間1. 5h 24h。除非另有說(shuō)明，本發(fā)明所采用的百分?jǐn)?shù)均為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。本發(fā)明提供一種在離子液體中催化油脂酯交換制備生物柴油的方法，所述原料采用蓖麻油生物油脂，所述醋酸鹽類(lèi)離子液體屬環(huán)境友好型溶劑和液體催化劑，可循環(huán)使用， 更為綠色、環(huán)保。制備的生物柴油能提供一種非石化原料制備柴油的新方法，對(duì)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略及確保我國(guó)的能源安全具有重要意義。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1. [emim]Ac粘度很低，無(wú)需加入共溶劑，對(duì)于整個(gè)催化體系有著良好的溶解與催化作用，操作方便，便于工業(yè)生產(chǎn)；2. NaOH對(duì)[emim]Ac有助催化作用，可以提高脂肪酸甲酯的產(chǎn)率；3.離子液體性能穩(wěn)定，可以重復(fù)使用，后處理成本低，環(huán)境友好；4.離子液體催化劑的催化性能良好，反應(yīng)速度快，反應(yīng)條件溫和，催化酯化率高。
具體實(shí)施例方式根據(jù)相關(guān)離子液體的合成方法，制備和純化了離子液體，干燥，用于本發(fā)明專(zhuān)利的實(shí)施。操作步驟如下①在反應(yīng)器中加入一定催化劑量[emim]Ac，放入電熱真空干燥箱中70°C干燥；②2h后取出，搭好實(shí)驗(yàn)裝置，加入蓖麻油；將NaOH溶于甲醇，加入三口燒瓶；③連接好回流裝置，接通攪拌器的電源，調(diào)整攪拌速率，設(shè)置反應(yīng)溫度，開(kāi)始反應(yīng)；④一定時(shí)間后，關(guān)閉電源，減壓蒸餾多余的甲醇；⑤將甲醇蒸出后，加入適量正己烷，充分?jǐn)嚢?；⑥停止攪拌，將反?yīng)器內(nèi)物質(zhì)移入分液漏斗，靜置；⑦觀察現(xiàn)象，分為兩層，上層為甲酯層，下層為甘油和離子液體的溶液.用PH試紙測(cè)上層PH值約為8，甲酯層不用水洗處理，將上層在真空干燥箱中70°C干燥10h，再與正己烷配成一定質(zhì)量百分比濃度，即可進(jìn)行氣相色譜分析.離子液體可以重復(fù)使用。所述的方法，其中，水浴加熱反應(yīng)。所述的方法，其中，離子液體重復(fù)使用。下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明，并不是對(duì)本發(fā)明的限定。實(shí)施例1 在反應(yīng)器中加入一定催化劑量[emim]Ac，放入電熱真空干燥箱中70°C干燥；池后取出，搭好實(shí)驗(yàn)裝置，加入蓖麻油；將NaOH(與1-乙基-3-甲基咪唑醋酸鹽比例為3 1) 溶于甲醇，加入三口燒瓶；連接好回流裝置，接通攪拌器的電源，調(diào)整攪拌速率，設(shè)置反應(yīng)溫度50°C，開(kāi)始反應(yīng)；一定時(shí)間后，關(guān)閉電源，減壓蒸餾多余的甲醇；將甲醇蒸出后，加入適量正己烷，充分?jǐn)嚢瑁煌Ｖ箶嚢?，將反?yīng)器內(nèi)物質(zhì)移入分液漏斗，靜置；觀察現(xiàn)象，分為兩層， 上層為甲酯層，下層為甘油和離子液體的溶液.用PH試紙測(cè)上層pH值約為8，甲酯層不用水洗處理，將上層在真空干燥箱中70°C干燥10h，再與正己烷配成一定質(zhì)量百分比濃度，即可進(jìn)行氣相色譜分析，得出甲酯得率為85. 6%
實(shí)施例2
其他工藝條件及實(shí)驗(yàn)步驟同實(shí)施例1，醇油比、催化劑用量、反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)溫度都相同的情況下，催化體系比例不同對(duì)于甲酯得率影響比較大，表1實(shí)驗(yàn)編號(hào)2甲酯得率為87. 7%。
表1 [eminjAc/NaOH催化體系酯交換實(shí)驗(yàn)條件
權(quán)利要求
1.一種在離子液體中制備生物柴油的方法，其特征在于搭好實(shí)驗(yàn)回流裝置，在反應(yīng)器中加入一定量純化干燥好的催化劑，蓖麻油，將NaOH溶于甲醇，調(diào)整攪拌速率，設(shè)置反應(yīng)溫度，開(kāi)始反應(yīng)；反應(yīng)一段時(shí)間后，停止反應(yīng)，減壓蒸餾多余的甲醇；氣相色譜分析產(chǎn)物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于采用醋酸鹽類(lèi)離子液體作為催化劑，所述醋酸鹽類(lèi)離子液體咪唑環(huán)上連接的基團(tuán)為烷烴類(lèi)、烯烴類(lèi)、芳烴類(lèi)、雜環(huán)類(lèi)等有機(jī)基團(tuán)，可以相同也可以不同(Cl 18)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于反應(yīng)溫度為20 80°C常壓回流。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于[Emim]AC/NaOH比例為1 3 1 18。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于醇油摩爾比為9 1 27 1。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于反應(yīng)時(shí)間1.5h Mh。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于催化劑作用的離子液體1-乙基-3-甲基咪唑醋酸鹽([emim]Ac)，其結(jié)構(gòu)式如下所示
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于反應(yīng)物甲醇用減壓蒸餾方法除去，離子液體可以重復(fù)使用。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于使用水浴加熱，用正己烷配制甲酯溶液做氣相分析。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種在離子液體中制備生物柴油的方法制備了醋酸鹽類(lèi)離子液體，將離子液體/固體堿NaOH催化體系以一定比例與蓖麻油，甲醇三者放入三口燒瓶中反應(yīng)。反應(yīng)溫度范圍為20～80℃常壓回流、催化劑用量為8％～25％且離子液體/NaOH比例為1∶3～1∶18、醇油摩爾比為9∶1～27∶1、反應(yīng)時(shí)間1.5h～24h。該方法的特點(diǎn)是醋酸鹽類(lèi)離子液體在反應(yīng)過(guò)程中含催化與溶劑作用為一體，改變了傳統(tǒng)固體堿催化劑不能回收利用的缺點(diǎn)，離子液體生產(chǎn)成本低廉、產(chǎn)率高并且可以重復(fù)使用，從而減少了生物柴油工業(yè)生產(chǎn)的成本，生產(chǎn)過(guò)程簡(jiǎn)單，清潔。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明脂肪酸甲酯得率最高可達(dá)93.4％。這樣制備生物柴油更符合節(jié)能環(huán)保，新型清潔能源的生產(chǎn)對(duì)于解決能源危機(jī)具有重要意義。
文檔編號(hào)C11C3/10GK102492558SQ20111038280
公開(kāi)日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月28日
發(fā)明者王海軍, 顧俊, 馬潔 申請(qǐng)人:江南大學(xué)