一种磷钨酸离子液体催化制备生物柴油的方法
【专利摘要】本发明属于离子液体催化制备生物柴油【技术领域】，具体涉及一种磷钨酸离子液体催化制备生物柴油的方法，其以生物油脂和甲醇为原料，以磷钨酸离子液体作为催化剂，通过酯交换反应制备生物柴油。生物油脂和甲醇的摩尔比为1:20～1:50，离子液体占生物油脂质量的1～10%，反应温度为45～64℃，反应时间为3～11h。本发明具有如下优点：（1）离子液体制备过程简单，价格相对低廉；（2）催化剂活性高，用量少，反应条件温和，反应时间短；（3）离子液体性能稳定，可重复使用，分离工艺简单，后处理成本低，无污染，不腐蚀设备，环境友好，可望成为极具竞争力的清洁工艺路线。
【专利说明】一种磷钨酸离子液体催化制备生物柴油的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种磷钨酸离子液体催化制备生物柴油的方法，属于绿色环保新能源 生产【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 生物柴油是以油料植物、油料作物、动物油脂和废弃食用油等为原料通过酯交换 反应得到的脂肪酸甲酯燃料。它是几种脂肪酸甲酯的混合物。生物柴油是一种可以替代常 规柴油使用的环保燃料。其生产路线是脂肪酸的酯化反应或甘油三脂和短链的醇在酸或碱 催化作用下的酯交换反应。
[0003] 传统上，多相无机酸和碱是酯交换反应的常规催化剂。然而，无机碱催化剂可能会 造成皂化反应。浓硫酸等无机酸催化制备脂肪酸甲酯的产率较高，但是反应时间长，而且反 应产物的颜色较深。更重要的是，这些催化剂是不可再生的，可能会导致分离困难，造成环 境污染。固体酸催化剂具有较强的催化活性和重复使用性，然而，在反应过程中固体酸催化 剂容易失活，生产成本高，也容易皂化。固体碱催化反应是非均相反应，易于与生物柴油分 离，后处理简单，然而，非均相的酯交换反应体系会降低反应速率，且催化剂生产成本较高， 比表面积小，容易受水分和空气影响，催化剂寿命短。生物酶催化剂由于其环境友好受到了 众多关注。然而，和其它催化剂相比，酶催化需要较长的反应时间，容易失活，且其用量较 大，这些限制了酶催化剂的广泛应用。超临界甲醇法制备生物柴油具有原料转化率高的优 点，但酯交换反应需要在高温高压下进行，能耗大且设备要求高。离子液体由于具有饱和蒸 汽压低，良好的热稳定性，以及可设计出不同的结构等特点，而成为一种很有发展前景的催 化制备生物柴油的催化剂。但现有离子液体存在用量大，而且与产物分离困难等缺点。
[0004] 杂多酸盐由于其能够引发反应，自然分离的性质而引起人们极大的兴趣。由于其 在反应过程中是多相催化反应，使其回收和催化剂再生变得非常容易。杂多酸及其盐是比 较有前景的酯化反应的催化剂，一系列的杂多酸盐已经被用于酯化和酯交换反应的催化 齐IJ。但由于多相催化反应也限制了其酯化率的进一步提高，另外杂多酸催化剂活性组分容 易流失。
[0005] 结合离子液体和杂多酸的优点，将杂多酸的阴离子与离子液体的基团结合，可以 得到一种新型的有机-无机杂化材料。通过特定的阳离子与具有Keggin结构的杂多酸阴 离子作用，可以调节杂多酸的催化性能，而且可以降低甚至避免杂多酸催化剂活性组分的 流失。因而设计合成出高催化活性的杂多酸离子液体，并将其应用于酯交换反应制备生物 柴油是非常有前景的。
【发明内容】
[0006] 针对现有技术存在的问题，本发明提供一种杂多酸离子液体催化制备生物柴油的 方法，通过该方法合成生物柴油具有催化活性高，工艺简单，催化剂热稳定性好，容易回收 以及可多次重复使用等优点。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明是这样实现的。
[0008] -种在磷钨酸离子液体中制备生物柴油的方法，系以油脂和甲醇为原料，以磷钨 酸离子液体作为催化剂，通过酯交换反应制备生物柴油。
[0009] 作为一种优选方案，本发明所述磷钨酸离子液体为N-甲基-N-烷基吗啡啉磷钨酸 离子液体(烷基的碳原子数为4?12)，其结构为。
【权利要求】
1. 一种在磷钨酸离子液体中制备生物柴油的方法，其特征在于，以油脂和甲醇为原料， 以磷钨酸离子液体作为催化剂，通过酯交换反应制备生物柴油。
2. 如权利要求1所述的一种在磷钨酸离子液体中制备生物柴油的方法，其特征在于： 所述磷钨酸离子液体为N-甲基-N-烷基吗啡啉磷钨酸离子液体，其结构为：
其中R代表碳原子数为4?12的烷基。
3. 如权利要求2所述的一种在磷钨酸离子液体中制备生物柴油的方法，其特征在于： 所述N-甲基-N-烷基吗啡啉磷钨酸离子液体的制备步骤为：将烷基碳原子数为4?12的 溴代N-甲基-N-烷基吗啡啉加入至磷钨酸水溶液中，常温反应；将所得产物干燥，活化，即 得N-甲基-N-烷基吗啡啉磷钨酸离子液体。
4. 如权利要求3所述的一种在磷钨酸离子液体中制备生物柴油的方法，其特征在于： 所述常温反应时间为24?48h ;活化温度为100?300°C。
5. 如权利要求4所述的一种在磷钨酸离子液体中制备生物柴油的方法，其特征在于： 所述的油脂为脂肪酸甘油酯的植物油中的任何一种。
6. 如权利要求5所述的一种在磷钨酸离子液体中制备生物柴油的方法，其特征在于： 所述的油脂与甲醇的摩尔比为1 : 20?50。
7. 如权利要求6所述的一种在磷钨酸离子液体中制备生物柴油的方法，其特征在于： 所述磷鹤酸离子液体的加入量为原料油脂质量的1?10%。
8. 如权利要求7所述的一种在磷钨酸离子液体中制备生物柴油的方法，其特征在于： 所述酯交换反应的反应温度为45?64°C，反应时间为3?llh。
【文档编号】C10L1/02GK104194948SQ201410442179
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年9月2日 优先权日:2014年9月2日
【发明者】王璐璐, 王吉林 申请人:辽宁石油化工大学