一种双金属固体碱性纳米催化剂及其制备方法与应用与流程

1.本发明涉及催化剂领域，具体涉及一种双金属固体碱性纳米催化剂及其制备方法与应用。


背景技术：

2.生物柴油是一种可生物降解和可再生的燃料，是典型的“绿色能源”。与传统柴油相比，生物柴油的硫含量和芳香化合物含量更低，具有高闪点、低粘度、高燃点和环保使用等优点。目前，生物柴油制备方法中应用最多且工艺最成熟的是酯交换法，该方法的关键在于催化剂的选择。目前酯交换反应最常用的均相碱性催化剂包括氢氧化钠、氢氧化钾和它们的醇盐。用均相催化剂催化生产生物柴油具有反应速度快、转化率高等优点。但存在副反应多，后续催化剂分离过程复杂，洗涤过程中产生大量废水，造成资源浪费等问题。因此，寻找高效、对环境无害并且容易分离的固体碱性催化剂逐渐成为研究的热点。
3.固体碱作为酯交换反应催化剂有几方面优点：
①
催化剂可重复使用；
②
环境友好；
③
原料价格低廉价，如石灰石或氢氧化钙；
④
产生的碱性废液减少；
⑤
在相同的操作条件下，具有与均相碱催化剂几乎相同的催化活性。在若干种固体碱性催化剂中，cao价格低廉、原料丰富、碱性强，在甲醇中的溶解度很小，因此在利用酯交换反应制备生物柴油中应用前景可观。然而cao虽然碱性强，但是cao在空气中极容易吸水和co2，导致催化剂活性降低，且副产物甘油也易导致其活性位点失活；其次，在反应系统中，ca
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易浸出，降低了催化剂的活性。


技术实现要素：

4.为解决上述问题，本发明提供了一种双金属固体碱性纳米催化剂及其制备方法与应用。
5.为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种双金属固体碱性纳米催化剂，该纳米催化剂为多孔结构的cao/ bi2o3/sio2纳米催化剂，孔径30～100nm；其中，cao纳米颗粒负载在sio2气凝胶表面
，
bi2o3沉积于cao纳米颗粒表面。进一步地，所述sio2气凝胶表面cao纳米颗粒的负载率为1%～10%，cao纳米颗粒表面bi2o3的负载率为1%～10%。
6.本发明还提供了上述一种双金属固体碱性纳米催化剂的制备方法，包括如下步骤：s1、取适量ca(maa)2纳米带、bi(no3)3·
5h2o, 将两者溶于300ml浓度为1mol/l的hno3溶液，用玻璃棒搅拌后，超声波震荡30min，随后置于恒温磁力搅拌器上搅拌3h；s2、搅拌结束后，用naoh溶液进行滴定，边滴定边用玻璃棒搅拌混合液,待混合液ph值=4时停止滴定，静置5min，倒去上层澄清液，离心分离，水洗3遍后，加入无水乙醇置于恒温干燥箱中80℃干燥5h；s3、干燥结束后，与适量sio2气凝胶、500ml去离子水混合，用玻璃棒搅拌后，超声
波震荡30min，随后置于恒温磁力搅拌器上搅拌2 h，静置5min，倒去上层澄清液，离心分离，恒温干燥箱中80℃干燥3h，最后再放入马弗炉中600℃煅烧1h，即得。
7.进一步地，所述naoh溶液的浓度为4mol/l，滴定的速度控制在10s一滴左右。
8.进一步地，超声振荡的功率为80～100％额定功率。
9.本发明所述的一种双金属固体碱性纳米催化剂可用于转酯化反应制备生物柴油。
10.本发明的纳米催化剂具有比表面积大、孔隙丰富、孔径大的特点，应用于生物柴油的制备能够有效提高甘油三脂大分子的质量转移速率，提高总体反应速率，且催化剂稳定性强，生物柴油质量收率高达93％及以上；同时其制备方法简单，可操作性强。
具体实施方式
11.为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
12.实施例1一种双金属固体碱性纳米催化剂，该纳米催化剂为多孔结构的cao/ bi2o3/sio2纳米催化剂，孔径30～100nm；其中，cao纳米颗粒负载在sio2气凝胶表面
，
bi2o3沉积于cao纳米颗粒表面；所述sio2气凝胶表面cao纳米颗粒的负载率为1%～10%，cao纳米颗粒表面bi2o3的负载率为1%～10%。
13.实施例2一种双金属固体碱性纳米催化剂的制备方法，包括如下步骤：s1、取适量ca(maa)2纳米带、bi(no3)3·
5h2o, 将两者溶于300ml浓度为1mol/l的hno3溶液，用玻璃棒搅拌后，80～100％额定功率超声波震荡30min，随后置于恒温磁力搅拌器上搅拌3h；s2、搅拌结束后，用浓度为4mol/l 的naoh溶液进行滴定，滴定的速度控制在10s一滴左右，边滴定边用玻璃棒搅拌混合液,待混合液ph值=4时停止滴定，静置5min，倒去上层澄清液，离心分离，水洗3遍后，加入无水乙醇置于恒温干燥箱中80℃干燥5h；s3、干燥结束后，与适量sio2气凝胶、500ml去离子水混合，用玻璃棒搅拌后，80～100％额定功率超声波震荡30min，随后置于恒温磁力搅拌器上搅拌2 h，静置5min，倒去上层澄清液，离心分离，恒温干燥箱中80℃干燥3h，最后再放入马弗炉中600℃煅烧1h，即得。
14.本实施例中，所得的纳米催化剂为多孔结构的cao/ bi2o3/sio2纳米催化剂，孔径30～100nm；cao纳米颗粒负载在sio2气凝胶表面
，
bi2o3沉积于cao纳米颗粒表面；所述sio2气凝胶表面cao纳米颗粒的负载率为1%～10%，cao纳米颗粒表面bi2o3的负载率为1%～10%。
15.催化性能检测将实施例2制备的催化剂进行催化转酯化反应，包括如下步骤：(1)将玉米油置于150℃烘箱中干燥24h，以去除玉米油中的水分；(2)将玉米油、甲醇、催化剂按醇油比为6:1，催化剂加载量为5％的比例混合后，置于恒温加热磁力搅拌器中, 搅拌速率为400r/min ，温度为72℃的条件下反应30min，所得产物为生物柴油和甘油三酯的混合物；(3)将获得的产物在离心机中10000r/min离心10min，获得液体层和固体层；液体
上层为生物柴油，液体下层为甘油三酯，将上层液体吸出移至圆底烧瓶中，利用旋转蒸发仪在35℃下旋转蒸发10min，随后用80℃热水洗涤生物柴油，直至洗涤废液ph值呈中性，制得的生物柴油产品放入烘箱中120℃干燥12h，而固体层中的催化剂直接回收并重复利用，生物柴油的产率约为93％。
16.可见，本发明的催化剂提高了反应速率，缩短了反应时间，并且生物柴油的产率高于cao条件下生物柴油的最高产率(约为86％)。
17.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。


技术特征：
1.一种双金属固体碱性纳米催化剂，其特征在于：该纳米催化剂为多孔结构的cao/ bi2o3/sio2纳米催化剂，孔径30～100nm；其中，cao纳米颗粒负载在sio2气凝胶表面
，
bi2o3沉积于cao纳米颗粒表面。2.如权利要求1所述的一种双金属固体碱性纳米催化剂，其特征在于：所述sio2气凝胶表面cao纳米颗粒的负载率为1%～10%，cao纳米颗粒表面bi2o3的负载率为1%～10%。3.如权利要求1-2任一项所述的一种双金属固体碱性纳米催化剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：s1、取适量ca(maa)2纳米带、bi(no3)3·
5h2o, 将两者溶于300ml浓度为1mol/l的hno3溶液，用玻璃棒搅拌后，超声波震荡30min，随后置于恒温磁力搅拌器上搅拌3h；s2、搅拌结束后，用naoh溶液进行滴定，边滴定边用玻璃棒搅拌混合液,待混合液ph值=4时停止滴定，静置5min，倒去上层澄清液，离心分离，水洗3遍后，加入无水乙醇置于恒温干燥箱中80℃干燥5h；s3、干燥结束后，与适量sio2气凝胶、500ml去离子水混合，用玻璃棒搅拌后，超声波震荡30min，随后置于恒温磁力搅拌器上搅拌2 h，静置5min，倒去上层澄清液，离心分离，恒温干燥箱中80℃干燥3h，最后再放入马弗炉中600℃煅烧1h，即得。4.如权利要求3所述的一种双金属固体碱性纳米催化剂的制备方法，其特征在于：所述naoh溶液的浓度为4mol/l。5.如权利要求3所述的一种双金属固体碱性纳米催化剂的制备方法，其特征在于：滴定的速度控制在10s一滴左右。6.如权利要求3所述的一种双金属固体碱性纳米催化剂的制备方法，其特征在于：超声振荡的功率为80～100％额定功率。7.如权利要求1-2任一项所述的一种双金属固体碱性纳米催化剂的应用，其特征在于，用于转酯化反应制备生物柴油。

技术总结
本发明涉及催化剂领域，具体涉及公开了一种双金属固体碱性纳米催化剂及其制备方法与应用，该纳米催化剂为多孔结构的CaO/Bi2O3/SiO2纳米催化剂，孔径30～100nm；其中，CaO纳米颗粒负载在SiO2气凝胶表面


技术研发人员：朱艳芳 邓子俊
受保护的技术使用者：西京学院
技术研发日：2021.12.02
技术公布日：2022/2/18