生物柴油催化剂X-Ca-Zn-Al-O及制备方法技术

生物柴油催化剂X-Ca-Zn-Al-O及制备方法。本发明专利技术以铈或镧或锂、钙、锌、铝的硝酸盐为原料，尿素为沉淀剂，经均匀沉淀、过滤、水洗、干燥、焙烧制得X-Ca-Zn-Al-O固体碱催化剂。对催化剂前驱体进行了TG表征，对催化剂进行了碱强度、碱位量及BET、XRD及SEM表征，对催化剂制备过程发生的物理化学变化以及催化剂表面性质与其催化活性之间的关系进行了分析。以蓖麻油甲醇解反应为探针反应，以蓖麻油转化率为催化剂活性评价指标，采用单因素试验考察了制备条件对催化剂活性的影响，找到了制备固体碱催化剂的优化工艺。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及生物柴油固体碱催化剂，具体为生物柴油催化剂X-Ca-Zn-Al-O及制备方法。
技术介绍
能源短缺、环境污染已经成为影响人类可持续发展的两大障碍，尤其是发达国家和高速发展的发展中国家，这两个问题的严峻性更加突出。解决的主要办法是寻找可再生的清洁能源，这样既可解决能源短缺问题、又可解决由于矿物能源燃烧带来的环境污染问题。生物柴油属可再生清洁能源，近年来受到世界各国的普遍重视。目前对生物柴油的研究主要集中在绿色催化剂的研发，其中固体碱是近年来的研究热点。学术界对负载型固体碱（CaO/载体、KOH/载体、KOH/CaO/C、Ca(OH)2-NaOH/膨润土、K2CO3/载体、Na3PO4/MgO、Na2SiO3/Fe3O4、NaAlO2/Al2O3），KF掺杂型固体碱，复合氧化物型固体碱进行了广泛的研究。总的来看，前两类固体碱催化活性较高，但碱溶解流失较多，重复使用性能较差；后一类固体碱催化活性稍差，但碱溶解流失少，重复使用性能较好。由于碱土金属氧化物CaO、MgO，两性金属氧化物ZnO、Al2O3，储量丰富、价格便宜、催化性能优异，近年来被生物柴油界作为催化剂或催化剂载体广为研究和应用。这些氧化物有经预处理后直接用于制备生物柴油的，如：高温焙烧的CaO；也有经过改性后用于合成生物柴油的，如：溴乙烷-CaO、溴化苄-CaO、硝酸铵-CaO；但大部分是彼此相互组合、或跟别的氧化物组合制成金属复合氧化物用作生物柴油催化剂的，如：Mg-Al-O、Ca-Al-O、Ca-Mg-O、Ca-La-O、Ca-V-O、Ca-Zr-O、Li-Mg-O、Mg-La-O、Mg-Zn-O、Ca-Mg-Al-O、Zn-Mg-Al-O、Ca-Al-Fe-O及Ca-Mg-Zn-Al-O。通过复配组合可以制备出能同时兼顾几种氧化物优点的综合性能较佳的金属复合氧化物催化剂。使用此类催化剂可以明显提高生物柴油原料的适应性，大幅降低碱活性组分流失，这对拓宽生物柴油原料选择范围、减轻生物柴油后处理工艺、提高催化剂的重复使用性能、降低生物柴油生产成本具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于通过复配组合可以制备出能同时兼顾几种氧化物优点的综合性能较佳的金属复合氧化物催化剂。本专利技术是采用如下技术方案实现的：一种生物柴油催化剂X-Ca-Zn-Al-O，X=Ce、La或者Li；当X=Ce时，n(Ce):n(Ca):n(Zn):n(Al)=0.1~0.5:2~5:1~4:1~2；当X=La时，n(La):n(Ca):n(Zn):n(Al)=(2.31~9.24)×10-4:3~4:2~3:2；当X=Li时，n(Li):n(Ca):n(Zn):n(Al)=1~2:3~4:2~3:2。优选的，当X=Ce时，n(Ce):n(Ca):n(Zn):n(Al)=0.1:2:4:2；当X=La时，n(La):n(Ca):n(Zn):n(Al)=2.31×10-4:4:2:2；当X=Li时，n(Li):n(Ca):n(Zn):n(Al)=1:4:2:2。上述生物柴油催化剂X-Ca-Zn-Al-O的制备方法，包括如下步骤：催化剂Ce-Ca-Zn-Al-O的制备：按照n(尿素)/n(NO-3)=1.5、m(水)/m(硝酸盐尿素混合物)=2及元素配比，称取规定量的Ce(NO3)3·6H2O、Ca(NO3)2·4H2O、Zn(NO3)2·6H2O、Al(NO3)3·9H2O、尿素及去离子水，搅拌溶解得均匀混合溶液，将其倒入水热合成反应釜内，放入烘箱中，在115～130℃温度下反应8.5h，取出冷却至室温；将冷却后的溶液用布氏漏斗进行抽滤、并水洗至洗涤液的pH=7为止；将抽滤所得滤饼置于真空干燥箱中，在70℃下干燥10h；将干燥好的固体装入坩埚中，放入马弗炉内，在750～800℃温度下焙烧6～7h，得到Ce-Ca-Zn-Al-O固体碱催化剂。催化剂La-Ca-Zn-Al-O的制备：按照n(尿素)/n(NO-3)=1.5、m(水)/m(硝酸盐尿素混合物)=2及元素配比，称取规定量的La(NO3)3·6H2O、Ca(NO3)2·4H2O、Zn(NO3)2·6H2O、Al(NO3)3·9H2O、尿素及去离子水，搅拌溶解得到均匀混合溶液，将其倒入水热合成反应釜内，放入烘箱中，在115～125℃温度下反应8h，取出冷却至室温；将冷却后的溶液用布氏漏斗进行抽滤、并水洗至洗涤液pH=7为止；将抽滤所得滤饼置于真空干燥箱中，在70℃下干燥10h；将干燥好的固体装入坩埚中，放入马弗炉内，在750～850℃焙烧温度下焙烧6.5～7h，得到La-Ca-Zn-Al-O固体碱催化剂。催化剂Li-Ca-Zn-Al-O的制备：按照n(尿素):n(NO-3)=1.5、m(水):m(硝酸盐尿素混合物)=2及元素配比，称取规定量的LiNO3、Ca(NO3)2·4H2O、Zn(NO3)2·6H2O、Al(NO3)3·9H2O、尿素及去离子水，搅拌溶解得均匀混合溶液；将其倒入水热合成反应釜内，放入烘箱中，在115～125℃温度下反应8h；取出后冷却至室温，将冷却后的溶液用布氏漏斗进行抽滤，并水洗至洗涤液的pH=7为止；将抽滤所得滤饼置于真空干燥箱中，在70℃下干燥10h；将干燥好的固体装入坩埚中，放入马弗炉内，在700～850℃焙烧温度下焙烧7～8h，得到Li-Ca-Zn-Al-O固体碱催化剂。针对复合氧化物型固体碱大都显现出综合催化性能好的优点，本专利技术尝试以铈或镧或锂、钙、锌、铝硝酸盐为原料，尿素为沉淀剂，采用均匀沉淀及高温焙烧的方法制备了X-Ca-Zn-Al-O复合氧化物固体碱。将其用于催化蓖麻油和甲醇的酯交换反应，发现其催化活性较高且碱溶解流失很少，是一种适宜推广应用的性能较好的生物柴油催化剂，它对简化生物柴油后处理工艺，降低生物柴油生产成本具有积极意义。附图说明图1表示Ce-Ca-Zn-Al类水滑石TG曲线。图2表示Ce-Ca-Zn-Al-O催化剂的BET表征曲线。图3表示Ce-Ca-Zn-Al类水滑石及Ce-Ca-Zn-Al-O催化剂的XRD谱图。图4表示Ce-Ca-Zn-Al类水滑石的SEM图。图5表示Ce-Ca-Zn-Al-O催化剂的SEM图。图6表示La-Ca-Zn-Al类水滑石TG曲线。图7表示La-Ca-Zn-Al-O催化剂的BET表征曲线。图8表示La-Ca-Zn-Al类水滑石及La-Ca-Zn-Al-O催化剂的XRD谱图。图9表示La-Ca-Zn-Al类水滑石的SEM图。图10表示La-Ca本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物柴油催化剂X‑Ca‑Zn‑Al‑O，其特征在于：X=Ce、La或者Li；当X=Ce时，n(Ce):n(Ca):n(Zn):n(Al)=0.1~0.5:2~5:1~4:1~2；当X=La时，n(La):n(Ca):n(Zn):n(Al)=(2.31~9.24)×10‑4:3~4:2~3:2；当X=Li时，n(Li):n(Ca):n(Zn):n(Al)=1~2:3~4:2~3:2。

【技术特征摘要】
1.一种生物柴油催化剂X-Ca-Zn-Al-O，其特征在于：X=Ce、La或者Li；
当X=Ce时，n(Ce):n(Ca):n(Zn):n(Al)=0.1~0.5:2~5:1~4:1~2；
当X=La时，n(La):n(Ca):n(Zn):n(Al)=(2.31~9.24)×10-4:3~4:2~3:2；
当X=Li时，n(Li):n(Ca):n(Zn):n(Al)=1~2:3~4:2~3:2。
2.根据权利要求1所述的生物柴油催化剂X-Ca-Zn-Al-O，其特征在于：
当X=Ce时，n(Ce):n(Ca):n(Zn):n(Al)=0.1:2:4:2；
当X=La时，n(La):n(Ca):n(Zn):n(Al)=2.31×10-4:4:2:2；
当X=Li时，n(Li):n(Ca):n(Zn):n(Al)=1:4:2:2。
3.一种生物柴油催化剂X-Ca-Zn-Al-O的制备方法，其特征在于：
X=Ce、La或者Li；
当X=Ce时，n(Ce):n(Ca):n(Zn):n(Al)=0.1~0.5:2~5:1~4:1~2；
当X=La时，n(La):n(Ca):n(Zn):n(Al)=(2.31~9.24)×10-4:3~4:2~3:2；
当X=Li时，n(Li):n(Ca):n(Zn):n(Al)=1~2:3~4:2~3:2；
制备方法包括如下步骤：
催化剂Ce-Ca-Zn-Al-O的制备：按照n(尿素)/n(NO-3)=1.5、m(水)/m(硝酸盐尿素混合
物)=2及元素配比，称取规定量的Ce(NO3)3·6H2O、Ca(NO3)2·4H2O、Zn(NO3)2·6H2O、Al
(NO3)3·9H2O、尿素及去离子水，搅拌溶解得均匀混合溶液，将其倒入水热合成反应釜内，放
入烘箱中，在115～130℃温度下反应8.5h，取出冷却至室温；将冷却后的溶液用布氏漏斗进
行抽滤、并水洗至洗涤液的pH=7为止；将抽滤所得滤饼置于真空干燥箱中，在70℃下干燥10
h；将干燥好的固体装入坩埚中，放入马弗炉内，在750～800℃温度下焙烧6～7h，得到Ce-
Ca-Zn-Al-O固体碱催化剂；
催化剂La-Ca-Zn-Al-O的...

【专利技术属性】
技术研发人员：靳福全，杨红，杨云峰，
申请(专利权)人：太原工业学院，
类型：发明
国别省市：山西;14