一種離子液體循環(huán)催化制備生物柴油并副產(chǎn)三醋酸甘油酯的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于綠色可再生能源技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種離子液體與甘油的分離從而 實現(xiàn)循環(huán)催化制備生物柴油并副產(chǎn)三醋酸甘油酯的新方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著石油資源的日益枯竭和人類環(huán)保意識的提高，人們越來越關(guān)注石油燃料的替 代品。生物柴油是由動植物油脂（或/和脂肪酸）與短鏈醇通過酯交換（或/和酯化）反 應(yīng)生成的脂肪酸酯類物質(zhì)，是一種新型無污染的可再生能源，其燃燒性能可以與傳統(tǒng)的石 化柴油媲美，但燃燒后發(fā)動機排放出的尾氣中有害物質(zhì)比石化柴油降低50%左右，是替代 石化柴油的理想燃料之一。
[0003] 生物柴油的生產(chǎn)主要是通過將動植物油脂（甘油酯）與短鏈醇（甲醇、乙醇等） 在催化劑作用下發(fā)生酯交換反應(yīng)制得，也可以通過將脂肪酸與短鏈醇（甲醇、乙醇等）在催 化劑作用下發(fā)生酯化反應(yīng)制得。
[0004] 離子液體作為一種新型的環(huán)境友好的溶劑和液體酸催化劑，具有其它有機、無機 溶劑和傳統(tǒng)催化劑所不具備的優(yōu)點：它同時擁有液體酸的高密度反應(yīng)活性、流動性和固體 酸的不揮發(fā)性；酸性可以超過固體超強酸，且酸性可以根據(jù)需要進行調(diào)節(jié)；液程范圍寬，可 達300-400°C;具有不可燃性；種類繁多，其物理化學性質(zhì)在很大程度上取決于組成離子液 體的陰陽離子的種類，是真正意義上可設(shè)計的綠色溶劑和催化劑。
[0005] 以離子液體為催化劑催化甘油三酯或脂肪酸與甲醇發(fā)生酯交換或酯化反應(yīng)制備 生物柴油的研究已取得可喜的進展，目前已獲授權(quán)的中國發(fā)明專利就已有十多項。
[0006] 但離子液體價格還較高，因此，為了降低其制備生物柴油的成本，離子液體必須加 以回收并循環(huán)使用。由于目前制備生物柴油的離子液體基本上都是親水性的，反應(yīng)后離子 液體與副產(chǎn)物甘油以及過量未反應(yīng)完的甲醇混為一相，因此，為了回收并重復(fù)利用離子液 體，必須將其中的甲醇和甘油分離出去。其中，甲醇可以采用蒸餾的方式容易地分離出來， 但甘油的親水性太強，與離子液體之間形成較強的氫鍵，而且粘度大，很難與離子液體分 離。目前通常也是采用減壓蒸餾的方法進行分離，但能耗大，且不易完全分離。林金清等提 出了一種采用乙酸乙酯萃取甘油的方法，但只適用于不溶于乙酸乙酯的離子液體的分離。 因此，如何分離甘油是目前以離子液體為催化劑制備生物柴油的一個技術(shù)難題。同時，隨著 生物柴油工業(yè)的迅速發(fā)展，其副產(chǎn)物甘油的量也迅速增加，但粗甘油的用處有限，造成生物 柴油公司的粗甘油大量積壓。因此，副產(chǎn)物甘油的大量積壓已成為生物柴油產(chǎn)業(yè)進一步發(fā) 展的一個重要的制約因素。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是提供了一種離子液體循環(huán)催化制備生物柴油并副產(chǎn)三醋酸甘油 酯的方法，其在制備生物柴油的同時可副產(chǎn)三醋酸甘油酯，從根本上解決了現(xiàn)有技術(shù)中甘 油與離子液體分離困難的問題。
[0008] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0009] -種離子液體循環(huán)催化制備生物柴油并副產(chǎn)三醋酸甘油酯的方法，首先，控制磺 酸基功能化苯磺酸季銨鹽離子液體的加入量為動植物油脂摩爾量的〇. 06-0. 17倍，用磺酸 基功能化苯磺酸季銨鹽離子液體催化動植物油脂與甲醇反應(yīng)，催化制備生物柴油；然后，在 生成生物柴油后的離子液體相中加入醋酐，借助離子液體催化副產(chǎn)物甘油與醋酐反應(yīng)，催 化甘油轉(zhuǎn)化為三醋酸甘油酯；最后，用甲苯萃取三醋酸甘油酯，余下的離子液體循環(huán)用于催 化制備生物柴油，甘油被轉(zhuǎn)化為副產(chǎn)物三醋酸甘油酯。
[0010] 在催化制備生物柴油時，所述的動植物油脂與甲醇的摩爾比為1:9-15,反應(yīng)溫度 為60-140°C，反應(yīng)時間為1-24小時。
[0011] 在催化甘油轉(zhuǎn)化為三醋酸甘油酯時，所述的醋酐的加入量為甘油理論摩爾產(chǎn)量的 3-5倍，反應(yīng)溫度為100-130°C，反應(yīng)時間為2-4小時。
[0012] 本發(fā)明一種離子液體循環(huán)催化制備生物柴油并副產(chǎn)三醋酸甘油酯的方法，針對目 前離子液體催化制備生物柴油過程中存在的副產(chǎn)物與離子液體分離困難的問題，巧妙利用 磺酸基功能化季銨鹽離子液體既能催化油脂與甲醇發(fā)生酯交換或酯化反應(yīng)生成生物柴油， 又能催化甘油與醋酐發(fā)生?；磻?yīng)的特點，在催化制備生物柴油時，控制磺酸基功能化苯 磺酸季銨鹽離子液體的加入量為動植物油脂摩爾量的〇. 06-0. 17倍，這樣，催化動植物油 脂與甲醇反應(yīng)制備生物柴油所加入的離子液體的量恰好足于催化甘油與醋酐反應(yīng)生成三 醋酸甘油酯，無需另外加入離子液體。本發(fā)明根據(jù)這巧妙的設(shè)計思路，在離子液體催化動植 物油脂與甲醇反應(yīng)生成生物柴油后的離子液體相中加入醋酐，繼續(xù)借助離子液體催化副產(chǎn) 物甘油與醋酐反應(yīng)生成三醋酸甘油酯，將難分離的甘油通過反應(yīng)轉(zhuǎn)化為三醋酸甘油酯，再 用甲苯萃取三醋酸甘油酯，余下的離子液體就可循環(huán)用于催化制備生物柴油，從而從根本 上解決甘油與離子液體分離困難的問題。
[0013]與其它離子液體催化制備生物柴油的工藝相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：
[0014] 1)本發(fā)明工藝利用離子液體繼續(xù)催化副產(chǎn)物甘油與醋酐反應(yīng)生成三醋酸甘油酯， 將難分離的甘油通過反應(yīng)轉(zhuǎn)化為三醋酸甘油酯，再用甲苯萃取三醋酸甘油酯，余下的離子 液體就可循環(huán)用于催化制備生物柴油，從而從根本上解決甘油與離子液體分離困難的問 題。
[0015] 2)采用本發(fā)明工藝可將目前尚未得到很好開發(fā)利用的大量的生物柴油生產(chǎn)的副 產(chǎn)物甘油轉(zhuǎn)化為有經(jīng)濟價值的三醋酸甘油酯。
[0016] 3)本發(fā)明利用離子液體繼續(xù)催化難分離的副產(chǎn)物甘油與醋酐反應(yīng)轉(zhuǎn)化為較易分 離的三醋酸甘油酯，方法簡便，使得新工藝具有操作簡單、反應(yīng)速度快、轉(zhuǎn)化率高、催化劑可 多次循環(huán)使用、綠色環(huán)保的特點，有較好的工業(yè)化應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本發(fā)明的工藝流程示意圖。
【具體實施方式】
[0018] 本發(fā)明一種離子液體循環(huán)催化制備生物柴油并副產(chǎn)三醋酸甘油酯的方法，其工藝 流程如圖1所示，以離子液體為催化劑催化油脂與甲醇反應(yīng)生成生物柴油和甘油后，靜置 分層，上層為生物柴油，下層為離子液體相，含有離子液體、粗甘油、甲醇和水