用于生产生物柴油的复合纳米纤维膜的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种复合纳米纤维膜的制备方法，包括（1）静电纺丝液的配制：将聚合物和固体酸溶于溶剂，搅拌均匀，再加入无机纳米粒子，进行超声分散，然后静止脱泡，即得到静电纺丝液；（2）复合纳米纤维膜的制备：以非织造布为基膜，将所得静电纺丝液置于静电纺丝装置中，进行纺丝，将纳米纤维丝纺在非织造布基膜上，得到比表面积可控的复合纳米纤维膜。本发明专利技术所得复合纳米纤维膜专用于生物柴油或者有机羧酸酯生产相关的酯化反应、酯交换反应，具有活性高、易分离等优点。

【技术实现步骤摘要】
用于生产生物柴油的复合纳米纤维膜的制备方法
本专利技术属于催化剂制备
，具体涉及一种复合纳米纤维膜的制备方法，所得复合纳米纤维膜可用于生物柴油或者有机羧酸酯生产相关的酯化反应、酯交换反应。
技术介绍
生物柴油是由甘油三酸酯和游离脂肪酸分别与低分子量的醇进行酯交换和酯化反应制得的脂肪酸烷基单酯，是一种洁净的生物燃料，也称之为“再生燃油”，具有独特的环保优势，并且它本身具有无毒、可生物降解和低排放量等优点，是一种柴油替代燃料。传统生产生物柴油工艺采用液体酸、碱催化剂，该工艺对设备腐蚀严重，同时会产生大量的工业废水造成环境污染，而且反应后催化剂不容易回收，也不易与产物分离。为了解决均相催化剂存在的问题，又提出了非均相酸催化法。非均相催化法所使用的催化剂通常是固体催化剂，如固体酸(或固体碱)、杂多酸及其无机负载型催化剂和聚合物膜催化剂等，虽然产品与催化剂容易分离；但是，由于固体催化剂自身固有的一些特性，如固体催化剂难分散比表面积低，易吸水失活，催化效率较低；同时固体酸/碱催化剂难负载，易流失，导致使用寿命较短甚至污染产品等。因此，如何提高非均相催化剂的催化效率和使用寿命仍是目前亟待解决的关键问题。中国专利文献CN1858160A公开了一种纳米级固体酸或固体碱催化制备脂肪酸低碳烷基酯的方法。由于催化颗粒尺寸为纳米级，使催化颗粒的表面积更大，表现出很好的催化活性，转化率达到96.17％，收率达到99％，重复使用8次以后，转化率仍能保持96％。而大颗粒催化剂重复使用3次后，转化率下降为89％。中国专利文献CN201210225343.9报道了一种用于酯化反应的全氟磺酸纳米纤维的制备方法，是将聚醚砜、全氟磺酸以及二氧化硅或者二氧化钛混合溶液通过静电纺丝纺成纳米纤维，此全氟磺酸纳米纤维比面积可以达到80.7m2/g。用于乙酸乙酯的制备，乙酸转化率达到95.3％，反应完通过真空干燥纳米纤维回收率达到96.2％。但是这种方法使用的原材料全氟磺酸价格比较高，所以限制了它的工业化发展。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种复合纳米纤维膜的制备方法，所得复合纳米纤维膜专用于生物柴油或者有机羧酸酯生产相关的酯化反应、酯交换反应，具有活性高、易分离等优点。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案是：设计一种用于生产生物柴油的复合纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤：(1)静电纺丝液的配制：将聚合物和固体酸溶于溶剂，搅拌均匀，再加入无机纳米粒子，进行超声分散，然后静止脱泡，即得到静电纺丝液。其中，各组分重量百分比为：聚合物1～15％、固体酸1～60％、无机纳米粒子0.5～10％，余量为溶剂。优选的，各组分重量百分比为：聚合物10～12％、固体酸20～40％、无机纳米粒子4～6％，余量为溶剂。优选的，将聚合物和固体酸溶于溶剂过程中，溶解温度为20～95℃。优选的，所述聚合物为聚乙烯醇(PVA)、聚醚砜(PES)、磺化聚醚砜(SPES)、聚丙烯腈(PAN)、聚砜(Pf)、磺化聚砜(sPf)、聚醚醚酮(PEEK)、磺化聚醚醚酮(SPEEK)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚氯乙烯(PVC)中的至少一种。优选的，所述溶剂为水、N,N二甲基甲酰胺(DMF)、N,N二甲基乙酰胺(DMAc)、二甲基亚砜(DMSO)、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)中的至少一种。优选的，所述固体酸为磷钨酸H3PW12O40、硫酸锆Zr(SO4)2、硫酸钛Ti(SO4)2、SO42-/Fe2O3、SO42-/ZrO2或SO42-/ZnFe2O4中的至少一种。优选的，所述无机纳米粒子为二氧化硅、二氧化钛、碳酸钙以及三氧化二铝中的至少一种，所述纳米粒子粒径为20～200nm。(2)复合纳米纤维膜的制备：以非织造布为基膜(支撑体)，将步骤(1)所得静电纺丝液置于静电纺丝装置中，(开启高压静电电源发生器和微量注射器推进装置)进行纺丝，将纳米纤维丝纺在非织造布基膜上，得到比表面积可控的复合纳米纤维膜。所得复合纳米纤维膜由非织造布基膜和充满其表面、孔隙、缝隙中的纳米纤维丝组成，非织造布基膜与纳米纤维丝通过化学键或者氢键有机的结合在一起。优选的，所述纺丝条件为：纺丝电压5～25kV，喷丝头与接收装置距离5～20mm，微量注射器推进速率为0.2～5.0mL/h，喷丝头内径0.4～0.8mm；纺丝氛围条件：温度5～30℃，相对湿度20～80％；优选的，所述纳米纤维丝直径为10～2000nm；优选的，所述非织造布基膜为聚酯无纺布、聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯纤维材料(均可以市购)。本专利技术具有以下积极有益的技术效果：(1)本专利技术所得复合纳米纤维膜催化活性高、比表面积大，从而增大了催化反应的接触面积，提高了催化效率，而且稳定性好，特别适合于酯化反应或者其它的催化反应，解决了现有催化剂稳定性差、催化效率低的问题。(2)本专利技术制备工艺过程简单，易于控制，可以使用多种聚合物作为载体，可实现连续化生产，且制造成本低，克服了现有催化膜制备工艺过程复杂、制造成本高的问题，并容易放大工艺，实现产业化生产。(3)本专利技术所得复合纳米纤维膜易于回收和再生、产生废液少，具有反应条件温和、对设备腐蚀小、环境友好，易分离和容易实现自动化连续生产等优点。(4)本专利技术方法可以有效控制纤维孔结构尺寸，通过合理调配纺丝液浓度、喷丝头与接收装置距离等，设计制备出具有不同孔径尺寸的复合纳米纤维膜，进而提高膜的催化性能和稳定性，为高分子膜连续催化酯化反应提供重要的技术支撑，具有重要的学术价值和广泛的工业应用前景。附图说明图1为本专利技术实施例1所制备H3PW12O40/PVA复合纳米纤维膜的扫描电子显微镜放大1000倍SEM图。图2为本专利技术实施例1所制备H3PW12O40/PVA复合纳米纤维膜的扫描电子显微镜放大2000倍SEM图。图中比较粗的纤维为非织造布基膜的纤维，细的是纳米纤维丝，可以看出纳米纤维丝是交错在非织造布的纤维之间。具体实施方式以下结合具体实施例详细叙述本专利技术的技术方案。各实施例中所涉及的原料及试剂如无特别说明，则均为市售；所涉及的步骤方法如无特别说明，则均为常规方法。实施例1一种用于生产生物柴油的复合纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤：(1)将聚乙烯醇和磷钨酸溶于蒸馏水，溶解温度为90℃；搅拌均匀，再加入二氧化硅纳米粒子，进行超声分散，然后静止脱泡，即得到透明均一的静电纺丝液；其中，各组分重量百分比为：聚乙烯醇分别设8％、10％、12％和14％四个处理组、磷钨酸2％、二氧化硅纳米粒子5％，余量为蒸馏水；所述纳米粒子粒径为50nm。(2)以非织造布为基膜(支撑体)，将步骤(1)所得静电纺丝液置于静电纺丝装置中，开启高压静电电源发生器和微量注射器推进装置进行纺丝，将纳米纤维丝纺在非织造布基膜上，得到比表面积可控的H3PW12O40/PVA复合纳米纤维膜。所述纺丝条件为：纺丝电压10kV，喷丝头与接收装置距离15mm，微量注射器推进速率为2.0mL/h，喷丝头内径0.4mm；纺丝氛围条件：温度30℃，相对湿度40％；所述纳米纤维丝直径为500nm。(3)将10g大豆油和6g甲醇混合，加入0.5g所得H3PW12O40/PVA复合纳米纤维膜，搅拌加热至70℃，冷凝回流6h。反应结束后，蒸出未反本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于生产生物柴油的复合纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）静电纺丝液的配制：将聚合物和固体酸溶于溶剂，搅拌均匀，再加入无机纳米粒子，进行超声分散，然后静止脱泡，即得到静电纺丝液；其中，各组分重量百分比为：聚合物1～15%、固体酸1～60%、无机纳米粒子0.5～10%，余量为溶剂；（2）复合纳米纤维膜的制备：以非织造布为基膜，将步骤（1）所得静电纺丝液置于静电纺丝装置中，进行纺丝，将纳米纤维丝纺在非织造布基膜上，得到比表面积可控的复合纳米纤维膜。

【技术特征摘要】
1.一种用于生产生物柴油的复合纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）静电纺丝液的配制：将聚合物和固体酸溶于溶剂，搅拌均匀，再加入无机纳米粒子，进行超声分散，然后静止脱泡，即得到静电纺丝液；其中，各组分重量百分比为：聚合物10～12%、固体酸20～40%、无机纳米粒子4～6%，余量为溶剂；将聚合物和固体酸溶于溶剂过程中，溶解温度为20～95℃；所述聚合物为磺化聚醚砜、磺化聚砜、磺化聚醚醚酮中的至少一种；所述固体酸为磷钨酸、硫酸锆、硫酸钛、SO42-/Fe2O3、SO42-/ZrO2或SO42-/ZnFe2O4中的至少一种；（2）复合纳米纤维膜的制备：以非织造布为基膜，将步骤（1）所得静电纺丝液置于静电纺丝装置中，进行纺丝，将纳米纤维丝纺在非织造布基膜上，得到复合纳米纤维膜。2.根据权利要求1所述复合纳米纤维膜的制备方法，其特征在于：所述溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：石文英，李红宾，周蓉，
申请(专利权)人：河南工程学院，
类型：发明
国别省市：河南;41