zn_mg_al类水滑石催化剂催化制备生物柴油的研究

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1、2008年11月中国粮油学报Vol.23,No.6第23卷第6期JournaloftheChineseCerealsandOilsAssociationNov.2008Zn-Mg-Al类水滑石催化剂催化制备生物柴油的研究孙广东李瑞娇吴谋成(华中农业大学生物质能中心,食品科技学院,武汉430070)摘要采用共沉法制备Zn-Mg-Al类水滑石并且利用XRD,IR等手段对催化剂进行表征,研究Zn-Mg-Al类水滑石及其焙烧产物对酯交换反应的催化活性。结果表明,样品具有水滑石结构,可用于多相催化酯交换合成生物柴油的反应,Zn

2、-Mg-Al类水滑石及其焙烧产物的催化活性和选择性均较高。在温度为65℃,醇/油物质的量比为9∶1,催化剂用量为反应物总质量的5wt%,反应时间为4h的条件下,脂肪酸甲酯的得率达到89%。催化剂可重复利用5次,仍保持较高活性。关键词Zn-Mg-Al类水滑石酯交换反应生物柴油能源危机和环境污染已经成为人类生存和发展应提供了一条新的思路。随后,相继出现了水滑[10-11]的两大瓶颈,严重影响着社会经济的发展。世界各石,由于水滑石(Hydrotalcite,简称HT)在许多[12]国都非常重视开发那些既对环境友好又可再生的

3、能反应中表现出优良的催化性能,因而越来越受到源,来逐步降低对不可再生的石化能源的依赖。各人们的重视,水滑石(Mg6Al2(OH)16CO3·4H2O)是有种生物质能、太阳能和其他可再生能源将取代石油MgO八面体公用三对棱边形成的层状结构,位于和煤炭,逐步成为未来的主要能源[1]。生物柴油属2+3+Mg在一定的范围内被Al同晶取代,使层上带有于生物质能中的一种,目前对这方面的研究已经成正电荷,位于层间的阴离子CO32-中和层板上的正电为全球的热点之一。生物柴油具有许多普通柴油不荷使整个架构呈电中性,在一定条件下,改变骨

4、架中可比拟的优良特性,如润滑性能好,储存、运输、使用金属阳离子以及层间阴离子可以形成各种新组成的安全,抗爆性好,可生物降解,为再生资源,无毒、燃类水滑石(Hydrotalcite-likecompounds,简称HTLcs),烧完全。生物柴油是一种环境友好的新型燃料,开李玉芹等[13]利用共沉法制得镁铝水滑石用于生物柴发生物柴油制备的新技术对人类社会实现可持续发油得率达90%。[2-5]展具有重要而长远的社会效益和经济意义。在此基础上制备Zn-Mg-Al类水滑石并研究目前,生物柴油大都采用均相酯交换反应来制了此类水滑

5、石在酯交换反应中的催化作用,在国内[6-7]备,虽然催化效率很高,但是反应结束后催化剂鲜见到此类水滑石的催化报道。与产物分离困难,且有大量的废酸、碱液排放。而采用固体碱催化剂替代均相催化剂,使得产品与催化1材料和方法剂分离容易,避免了大量废液的排放,有效防止了环1.1试验材料境污染,同时固体催化剂具有易活化再生,便于连续菜籽毛油:湖北荆州日月油脂厂,基本理化指标[8][9]操作的特点。Gryglewicz通过对菜籽油甲酯化反见表二。应的研究,发现MgO和CaO能够在菜籽油的酯交换九水硝酸铝、六水硝酸锌、六水硝酸镁(A

6、R级)、反应中起到多相碱催化的作用,为油脂的酯交换反油酸甲酯(HPLC级):上海国药集团化学试剂有限公基金项目:湖北省“十一五”科技攻关计划(2006AA201B32)司。收稿日期:2007-09-24日本岛津-GC9A气相色谱仪:日本岛津公司;JJ作者简介:孙广东,男,1982年出生,硕士,生物质深加工-1型精密增力电动搅拌器:常州国华电器有限公通讯作者:吴谋成,男,1940年出生,教授,博士生导师,生物质深加工司;SX-2箱式马福炉:中古科技有限有限公司;NDJ第23卷第6期孙广东等Zn-Mg-Al类水滑石催化剂

7、催化制备生物柴油的研究137-79型旋转式黏度计:同济大学机电厂;傅立叶红外水滑石的典型层状结构更加完整,而且有氧化锌存[14-19]光谱仪:美国Nicolet公司、RigakuD/Max-3BX射线粉在,这一点在其他文献中也得到了证实。Zn-晶衍射仪。Mg-Al类水滑石及其Mg-Al水滑石的XRD图谱,1.2试验方法蜂形窄而尖,结晶度好,晶相单一。1.2.1Zn-Mg-Al类水滑石的制备与表征Zn-Mg-Al类水滑石的制备方法参见文献[13],按一定摩尔比称取Zn(NO3)2·6H2O,Mg(NO3)2·H2O和A

8、l(NO3)3·9H2O溶于适量的去离子水中配成混合盐溶液,将上述溶液置于烧杯中,滴加一定浓度的NaOH和Na2CO3混合溶液,并剧烈搅拌,所得浆液经120℃热晶化处理,用去离子水洗后,在80℃干燥注:n(Mg2++Zn2+):n(Al3+)=3;n(OH-):n(CO)=4,水热晶化n312h,研磨后,过80～100目筛待用,同法制备镁铝水(