一种齿轮状生物柴油催化剂及其制备方法与流程

本发明具体涉及一种齿轮状生物柴油催化剂及其制备方法，属于化工技术领域。

背景技术：

随着世界经济的不断发展，人类对能源的需求越来越大，在对于原油的使用过程中会造成很大的环境污染，同时世界上的石化能源也面临即将枯竭的严重问题，因此寻找一种能够再生的绿色能源已经成为当务之急，生物柴油很有希望来代替化石生物柴油。但是在制备生物柴油的过程中，传统的催化剂强酸强碱过度的使用，仍然会对环境产生严重的污染，这些现象的出现，严重违背了我们当初设计生物柴油环境友好型的原则，因此寻找一种能够重复利用、产率高的、环境无污染的催化剂亟待解决。

目前，生物柴油的制备主要以酯交换反应为主，催化剂的种类也是多种多样，可以采用酸、碱和生物酶催化等。但是在实践的过程中，强酸强碱过渡使用对环境造成严重污染，酶催化剂的价格较为昂贵，很难实现工业化的生产，而且催化剂使用量过大会引起皂化反应，产物分离困难。

技术实现要素：

为解决现有技术中催化剂的环境污染、重复利用率低、产物难以分离等的问题，本发明的目的在于提供一种齿轮状生物柴油催化剂及其制备方法，本发明的催化剂具有齿轮状结构，其比表面积大，活性点位多；用于将生物质油和甲醇反应制备生物柴油，催化效率高，能够反复重复的使用。

本发明的技术方案具体介绍如下。

一种齿轮状生物柴油催化剂的制备方法，具体步骤如下：

(1)称取三聚氰胺置于马弗炉中焙烧，得到类石墨相氮化碳g-c3n4；

(2)将类石墨相氮化碳g-c3n4在水中搅拌后，再加入cacl2、al(no3)3·9h2o和la(no3)3·6h2o搅拌溶解，得到混合溶液；

(3)将naoh溶液滴加到混合溶液中后，继续搅拌，再放入烘箱中静置，最后过滤、洗涤、烘干；

(4)将烘干的固体置于管式炉中焙烧，得到齿轮状ca/al/la生物柴油催化剂。

本发明中，步骤(1)中，焙烧升温速率为3℃/min-10℃/min。

本发明中，步骤(2)中，g-c3n4和水的质量比为1：80；二价金属离子和三价金属离子的摩尔比为3：1～8：1，两种三价金属离子的摩尔比例为1:1。

本发明中，步骤(3)中，naoh溶液的浓度为0.5-2mol/l，naoh溶液滴加到混合溶液后，ph值的范围为8-12。

本发明中，步骤(3)中，烘箱内的温度为55～65℃。

本发明中，步骤(4)中，焙烧温度为600℃-900℃，焙烧时间是1h-4h。

本发明还提供一种上述制备方法得到的齿轮状生物柴油催化剂。

和现有技术相比，本发明的有益效果在于：该齿轮状催化剂具有较大的比表面积，在催化过程中，能够提供更多的活性点位，因此具有很高的催化活性，催化剂的使用量仅为生物质油质量的0.5％-2％，能够重复使用。

附图说明

图1是实施例1齿轮状生物柴油催化剂的sem图。

图2是实施例1齿轮状生物柴油催化剂的sem图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，对本发明的技术方案进行具体、清楚地描述，当然，所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，并不是全部实施例。

本发明中的所用生物质原料油为金龙鱼精炼一级大豆油，生产厂家为上海嘉里食品工业有限公司。

实施例1

一种齿轮状生物柴油催化剂及其制备方法，通过以下方法制备：

(1)称取一定量的三聚氰胺置于马弗炉中焙烧1h，焙烧升温速率为10℃/min,然后自然降温即得淡黄色粉末g-c3n4，将粉末研磨成200目后备用；

(2)称取一定量g-c3n4置于烧杯中配成溶液剧烈搅拌，搅拌时间为4h,g-c3n4和水的质量比为1:80；

(3)称取一定量cacl2、al(no3)3·9h2o、la(no3)3·6h2o加入上述溶液中溶解，两种三价金属离子的摩尔比例为1:1，二价金属离子和三价粒子的摩尔比为3：1；

(4)配制一定浓度的naoh溶液，缓慢的滴在上述溶液中反应一段时间放入烘箱静止，naoh溶液浓度为0.5m，ph为12，然后用去离子水和乙醇洗涤至中性，烘干备用；

(5)将烘干的固体置于管式炉中高温焙烧，焙烧温度是600℃，焙烧时间是1h，,即得到齿轮状ca/al/la生物柴油催化剂；图1是实施例1齿轮状生物柴油催化剂的sem图。图2是实施例1齿轮状生物柴油催化剂的sem图。

通过比表面积测试，材料的比表面积为15cm^-1g^-1。

(5)称取一定量的齿轮状ca/al/la生物柴油催化剂和生物质油在65℃下反应，齿轮状ca/al/la生物柴油催化剂的用量为生物质油质量的2％，即得生物柴油，催化效率为98％。将催化剂重复利用，再重复使用8次，催化效率仍能保持在80％以上；

实施例中，催化剂的催化效率为生物柴油质量和原料大豆油质量比值；重复利用时回收方法是在每次催化结束后用石油醚洗涤干净，干燥备用。

实施例2

一种齿轮状生物柴油催化剂及其制备方法，通过以下方法制备：

(1)称取一定量的三聚氰胺置于马弗炉中焙烧1h，焙烧升温速率为10℃/min,然后自然降温即得淡黄色粉末g-c3n4，将粉末研磨成200目后备用；

(2)称取一定量g-c3n4置于烧杯中配成溶液剧烈搅拌，搅拌时间为2h，g-c3n4和水的质量比为1:80；

(3)称取一定量cacl2、al(no3)3·9h2o、la(no3)3·6h2o加入上述溶液中溶解，两种三价金属离子的摩尔比例为1:1，二价金属离子和三价粒子的摩尔比为4：1；

(4)配制一定浓度的naoh溶液，缓慢的滴在上述溶液中反应一段时间放入烘箱静止，naoh溶液浓度为0.5m，ph为11，然后用去离子水和乙醇洗涤至中性，烘干备用；

(5)将烘干的固体置于管式炉中高温焙烧，焙烧温度是600℃，焙烧时间是1h，即得到齿轮状ca/al/la生物柴油催化剂；通过比表面积测试，材料的比表面积为18cm^-1g^-1。

(6)称取一定量的齿轮状ca/al/la生物柴油催化剂和生物质油在65℃下反应，齿轮状ca/al/la生物柴油催化剂的用量为生物质油质量的2％，即得生物柴油，催化效率为95％。将催化剂重复利用，再重复使用8次，催化效率仍能保持在87％以上。

实施例3

一种齿轮状生物柴油催化剂及其制备方法，通过以下方法制备：

(1)称取一定量的三聚氰胺置于马弗炉中焙烧1h，焙烧升温速率为10℃/min,然后自然降温即得淡黄色粉末g-c3n4，将粉末研磨成200目后备用；

(2)称取一定量g-c3n4置于烧杯中配成溶液剧烈搅拌，搅拌时间为4h,g-c3n4和水的质量比为1:80；

(3)称取一定量cacl2、al(no3)3·9h2o、la(no3)3·6h2o加入上述溶液中溶解，两种三价金属离子的摩尔比例为1:1，二价金属离子和三价粒子的摩尔比为5：1；

(4)配制一定浓度的naoh溶液，缓慢的滴在上述溶液中反应一段时间放入烘箱静止，naoh溶液浓度为1m，ph为11，然后用去离子水和乙醇洗涤至中性，烘干备用；

(5)将烘干的固体置于管式炉中高温焙烧，焙烧温度是600℃，焙烧时间是1h，即得到齿轮状ca/al/la生物柴油催化剂；通过比表面积测试，材料的比表面积为26cm^-1g^-1。

(6)称取一定量的齿轮状ca/al/la生物柴油催化剂和生物质油在65℃下反应，齿轮状ca/al/la生物柴油催化剂的用量为生物质油质量的2％，即得生物柴油，催化效率为97％。将催化剂重复利用，再重复使用8次，催化效率仍能保持在90％以上。

实施例4

一种齿轮状生物柴油催化剂及其制备方法，通过以下方法制备：

(1)称取一定量的三聚氰胺置于马弗炉中焙烧1h，焙烧升温速率为10℃/min,然后自然降温即得淡黄色粉末g-c3n4，将粉末研磨成200目后备用；

(2)称取一定量g-c3n4置于烧杯中配成溶液剧烈搅拌，搅拌时间为4h,g-c3n4和水的质量比为1:80；

(3)称取一定量cacl2、al(no3)3·9h2o、la(no3)3·6h2o加入上述溶液中溶解,两种三价金属离子比例为1:1，二价金属离子和三价粒子的摩尔比为6：1；

(4)配制一定浓度的naoh溶液，缓慢的滴在上述溶液中反应一段时间放入烘箱静止，naoh溶液浓度为1m，ph为11，然后用去离子水和乙醇洗涤至中性，烘干备用；

(5)将烘干的固体置于管式炉中高温焙烧，焙烧温度是800℃，焙烧时间是1h,即得到齿轮状ca/al/la生物柴油催化剂；

(6)称取一定量的齿轮状ca/al/la生物柴油催化剂和生物质油在65℃下反应，齿轮状ca/al/la生物柴油催化剂的用量为生物质油质量的2％，即得生物柴油，催化效率为96％。将催化剂重复利用，再重复使用8次，催化效率仍能保持在95％以上。通过比表面积测试，材料的比表面积为28cm^-1g^-1。

实施例5

一种齿轮状生物柴油催化剂及其制备方法，通过以下方法制备：

(1)称取一定量的三聚氰胺置于马弗炉中焙烧1h,焙烧升温速率为10℃/min,然后自然降温即得淡黄色粉末g-c3n4，将粉末研磨成100目后备用；

(2)称取一定量g-c3n4置于烧杯中配成溶液剧烈搅拌，搅拌时间为4h,g-c3n4和水的质量比为1:80；

(3)称取一定量cacl2、al(no3)3·9h2o、la(no3)3·6h2o加入上述溶液中溶解，两种三价金属离子比例为1:1，二价金属离子和三价粒子的摩尔比为7：1；

(4)配制一定浓度的naoh溶液，缓慢的滴在上述溶液中反应一段时间放入烘箱静止，naoh溶液浓度为0.5m，ph为11，然后用去离子水和乙醇洗涤至中性，烘干备用；

(5)将烘干的固体置于管式炉中高温焙烧，焙烧温度是600℃，焙烧时间是1h，即得到齿轮状ca/al/la生物柴油催化剂；通过比表面积测试，材料的比表面积为20cm^-1g^-1。

(6)称取一定量的齿轮状ca/al/la生物柴油催化剂和生物质油在65℃下反应，齿轮状ca/al/la生物柴油催化剂的用量为生物质油质量的2％，即得生物柴油，催化效率为97％。将催化剂重复利用，再重复使用8次，催化效率仍能保持在90％以上。

上述内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所做的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。