本发明涉及生物柴油技术，尤其涉及一种生物柴油催化剂。
背景技术：
生物柴油，又称脂肪酸甲酯，是一种十六烷值高、硫及芳烃含量低、润滑性能好且可被生物降解的新型绿色燃料。
目前，国外主要是利用大豆油等食用油为原料，在强碱催化剂的作用下通过酯交换反应合成生物柴油。但是，以食用油脂为原料生产生物柴油成本偏高，且中国人口众多，人均耕地少，因此采用废弃油脂等廉价原料生产生物柴油具有较高的经济效益。
生物柴油生产成本的75％是原料成本。原料价格高是制约生物柴油产业发展瓶颈之一。目前，世界各国都根据自身优势，开发不同原料资源生产生物柴油。美国高度重视生物柴油的发展，主要利用高产转基因大豆，发展以大豆油为原料的生物柴油产业。同时，美国也在大力发展“工程微藻”生物柴油技术。欧盟国家主要以菜籽油为原料生产生物柴油。巴西的大豆产量居世界第二，主要用大豆油生产生物柴油。巴西政府鼓励农民和大型农业企业种植油料作物发展生物柴油产业，积极推广高产油量的油料作物，如油棕(oilpalm)、巴豆(physicnut)、油菜籽(rapeseed)、蓖麻(castorbean)及巴巴苏(babassu)等。印度、马来西亚等东南亚国家适合种植木本油料作物，主要以棕榈油(palmoil)、麻疯树(jatrophacurcas)及水黄皮(pongamia)等为原料生产生物柴油。
棕榈油是世界油脂市场重要的油脂品种，总产量已经超过大豆油，并将呈现进一步超越的趋势。通过初步压榨制备的粗棕榈油中含有较多的游离脂肪酸和其他杂质，在工业生产中需要通过进一步精制获得产品棕榈油，此过程中产生的棕榈酸价格低廉、数量可观，是制备生物柴油的理想原料。传统工业生产中，通常以浓硫酸为催化剂催化酯化反应，但是浓硫酸存在腐蚀设备、后处理复杂和废液污染等缺点，因此开发新型固体酸催化剂具有重要意义。目前研究较多的固体酸催化剂包括金属氧化物、分子筛、杂多酸、阳离子交换树脂等，但这些固体酸催化剂还存在制作成本高、催化活性低及稳定性不好等缺点。
技术实现要素：
本发明的目的在于，针对目前生物柴油催化剂的问题，提出一种生物柴油催化剂，采用该催化剂制备生物柴油具有不排放废碱或酸液，不污染环境，生产成本大幅降低。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种生物柴油催化剂，以纤维素粉为原料，采用碳化-磺化法制备碳基固体酸催化剂，即生物柴油催化剂。
进一步地，首先称取一定量纤维素置于管式炉中，于500℃在氮气保护下碳化11h得黑色固体产物；经研磨，取4g碳化产物置于100ml浓硫酸中，于120℃在氮气保护下磺化12h，冷却至25℃后，将混合物加入到一定量的蒸馏水中稀释过滤，反复洗涤至滤液呈中性，过滤，在90℃下干燥后即可得到碳基固体酸催化剂。
进一步地，油脂在生物柴油催化剂的催化条件下与低碳醇进行酯化和酯交换反应，反应后除去下层粗甘油，粗甘油经回收后具有较高的附加值；上层经洗涤、干燥即得生物柴油。
棕榈酸与甲醇制备生物柴油，由于酯化反应是可逆的，增大甲醇用量有利于正反应的进行，因此，实际醇酸摩尔比应大于理论值。反应在密闭的高压釜中进行，当反应温度高于甲醇沸点(64.5℃)时，体系内产生的压力有利于增大催化剂与反应物的接触面积，压力随着温度的升高而增大。适当延长反应时间有利于反应的充分进行，但是在加压体系中，过长的反应时间易发生逆反应，因此反应时间一般不宜超过3h。增加催化剂用量可以提高反应的转化率，考虑经济效益，催化剂用量一般不超过棕榈酸质量的5％。
本发明生物柴油催化剂，与现有技术相比较具有以下优点：
1)不排放废碱或酸液，不污染环境，生产成本大幅降低；
2)生物柴油制备成本有75％为原料成本，推广生物柴油的产业化的关键就是降低成本，可采用来源丰富、稳定、价格低廉的原料；
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进一步说明：
实施例1
本实施例公开了一种生物柴油催化剂，以纤维素粉为原料，采用碳化-磺化法制备碳基固体酸催化剂，即生物柴油催化剂。
首先称取一定量纤维素置于管式炉中，于500℃在氮气保护下碳化11h得黑色固体产物；经研磨，取4g碳化产物置于100ml浓硫酸中，于120℃在氮气保护下磺化12h，冷却至25℃后，将混合物加入到一定量的蒸馏水中稀释过滤，反复洗涤至滤液呈中性，过滤，在90℃下干燥后即可得到碳基固体酸催化剂。
油脂在生物柴油催化剂的催化条件下与低碳醇进行酯化和酯交换反应，反应后除去下层粗甘油，粗甘油经回收后具有较高的附加值；上层经洗涤、干燥即得生物柴油。
棕榈酸与甲醇制备生物柴油，由于酯化反应是可逆的，增大甲醇用量有利于正反应的进行，因此，实际醇酸摩尔比应大于理论值。反应在密闭的高压釜中进行，当反应温度高于甲醇沸点(64.5℃)时，体系内产生的压力有利于增大催化剂与反应物的接触面积，压力随着温度的升高而增大。适当延长反应时间有利于反应的充分进行，但是在加压体系中，过长的反应时间易发生逆反应，因此反应时间一般不宜超过3h。增加催化剂用量可以提高反应的转化率，考虑经济效益，催化剂用量一般不超过棕榈酸质量的5％。
本发明生物柴油催化剂，与现有技术相比较具有以下优点：1)不排放废碱或酸液，不污染环境，生产成本大幅降低；2)生物柴油制备成本有75％为原料成本，推广生物柴油的产业化的关键就是降低成本，可采用来源丰富、稳定、价格低廉的原料；
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。