一種以麻瘋樹為原料制備生物柴油的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及生物質能源技術領域，尤其是一種以麻瘋樹為原料制備生物柴油的方法。
【背景技術】
[0002]當前全球石油需求不斷增長與化石能源目漸枯竭的矛盾日益突出，能源供給形勢越來越緊張，國際市場原油價格持續大幅上漲，能源的多元化、可再生化和清潔化已成為人類社會發展的必然選擇，開發生物質能源是解決全球能源危機的方向之一，作為新型替代能源的生物柴油在世界各國發展迅速。生物柴油是指以油料作物如大豆、油菜、棉、棕櫚等，野生油料植物和工程微藻等水生植物油脂以及動物油脂、餐飲垃圾油等為原料油通過酯交換或熱化學工藝制成的可代替石化柴油的再生性柴油燃料。
[0003]生物柴油具有下述獨特的性能優勢:(I)生物能源為可再生性能:作為可再生能源，與石油儲量不同，其通過農業和生物資源獲得，可供應量不會枯竭，而且生物柴油的生物降解性高于常規柴油，可在自然狀況下實現生物降解，減少對人類生存環境的污染。(2)具有優良的環保特性:主要表現在由于生物柴油中硫含量低，使得二氧化硫和硫化物的排放低；生物柴油中不含對環境會造成污染的芳香族烷烴，因而廢氣對人體損害低于柴油。
[3]較好的潤滑性能，使噴油栗、發動機缸體和連桿的磨損減小，使用壽命長。(4)良好的燃料性能:生物柴油十六烷值高，使其燃燒性好于柴油，燃燒殘留物呈微酸性使催化劑和發動機機油的使用壽命延長。(5)制備生物柴油的原料來源比較廣泛:包括油料作物、野生油料植物和水藻植物油脂以及動物油脂都可以作為原料，甚至可以利用餐飲業中的廢油、地溝油作為原料，可以做到回收垃圾變廢為寶的目的等優點。
[0004]我國是石油資源相對貧乏的國家，但木本油料資源及其豐富，隨著對能源用木本油料作物的研究、開發和利用的不斷深入，生物質能源在我國發展潛力巨大，發展木本油料生物柴油產業不僅有利于解決石油替代、生態環境保護和“三農”問題，還可為為我國林業產業帶來新的發展契機。麻瘋樹(拉丁學名:Jatropha carcas L.)，麻風樹屬，別名:蓋桐、臭油桐、黃腫樹、小桐子、假白欖、假花，是我國特有的木本油料樹種，麻瘋樹主要分布于廣東、廣西、四川、貴州、云南等省區；原產熱帶美洲多為栽培，生于平地、路旁和灌叢中，麻瘋樹果實含油率高達60%，可以提練出不含硫、無污染、符合歐四排放標準的生物柴油，是中國重點開發的綠色能源樹種，利用荒山荒地種植麻瘋樹，因此，作為生物柴油原料的發展潛力極大，目前利用麻瘋樹制備生物柴油的主要方法為酯交換法，但傳統的酯交換法大都存在催化效率低、產量低、色澤深、容易變質、反應時間長、腐蝕設備、工藝復雜、反應溫度高、能耗較大、易造成二次污染和副產物損失、成本較高等缺點。
【發明內容】
[0005]本發明針對傳統酯交換法生產生物柴油存在的問題，提供一種以麻瘋樹為原料制備生物柴油的方法。本發明以磁性納米固體酸為催化劑，不僅不腐蝕設備，還能較大地提高催化效率，可縮短反應時間和降低能耗等。
[0006]為實現以上目的，本發明是通過如下技術方案實現:
[0007]一種以麻瘋樹為原料制備生物柴油的方法，包括以下步驟:
[0008]1.原料預處理:在麻瘋樹油中加入重量比1.0-2.0%的硅膠吸附劑，在轉速為120-150r/min下攪拌15_25min，即可得到純麻瘋樹油；
[0009]2.酯化反應:將純麻瘋樹油、甲醇和磁性納米催化劑以重量比為100:25-35:0.5-1.0加入反應釜中，在溫度為50-60°C、攪拌速度為120-200r/min下，進行酯化反應25-35min，得酯化產物；
[0010]3.分離生物柴油粗品:將酯化產物在轉速為500-800r/min下離心20-25min，靜置沉淀后，將上層液和下層液分離，上層液即為生物柴油粗品，下層為甘油；
[0011]4.提純生物柴油:將上述得到的生物柴油粗品加至攪拌器，再加入以膨潤土和聚乙烯酰胺組成的混合吸附劑，其加入量為生物柴油粗品重量的2.0 - 4.0 %，在轉速1 O -120r/min下攪拌8-12min，即可得到生物柴油產品。
[0012]以上所述磁性納米催化劑包括B2O3-Fe3O4、Zr02_Fe304和Al 203-Fe304。
[0013]以上所述膨潤土和聚乙烯酰胺組成的混合吸附劑是由30-40%硅酸鎂和60-70%聚乙烯酰胺組成。
[0014]與現有技術相比，本發明的優點及有益效果:
[0015]1、本發明利用可再生資源麻瘋樹制備生物柴油，可有效解決當前全球能源危機和環境污染問題，制備的生物柴油不僅品質得到較大提高，產率也從現有的60-70%提升至90%左右。
[0016]2、本發明將磁性納米催化劑引入到生物柴油的生產中，其中磁性納米催化劑具有反應界面大、表面積大、傳質阻力小、反應條件溫和、活性高、活性穩定性好等特點，使得其在酯化反應中催化效率高、催化效果顯著，從而縮短反應時間和提高生物柴油的產率。另一方面磁性納米催化劑依據外在磁場可以方便，快速地將其分離、回收，可多次循環利用，克服非磁性納米催化劑難回收、成本高的缺點，對緩解環境污染、提高企業生產效益、實現資源循環高效利用具有重要意義。
[0017]3、本發明采用吸附法提純生物柴油，操作簡單、成本低，可有效解決耗能大和“三廢”排放問題;選用膨潤土和聚乙烯酰胺組成的混合物作為吸附劑，不僅可以很好吸附生物柴油的游離酸、甲醇、甘油、甘油脂等雜質，同時還具有很好的脫水效果，可以克服生物柴油色澤深、易變質及常規蒸餾法存在工藝復雜、耗能大、反應時間長等問題。
[0018]4、本發明在酯化反應之前先用硅膠對麻瘋樹油進行預處理，可以吸附麻瘋樹油的雜質和部分游離酸，使得酯化反應過程產生的肥皂少，減輕了后續精制粗生物柴油的難度。
[0019]5、本發明方法具有制備工藝簡單、節能環保、催化效率高、反應時間短、產率高、產品純度高等優點，具有很好的社會效率、生態效益和經濟效益。
【具體實施方式】
[0020]下面將結合具體實施例對本發明進一步說明，但不限于本發明的保護范圍。
[0021]實施例1
[0022]本實施例所用的磁性納米催化劑為B2O3-Fe3O^其制備方法包括以下步驟:
[0023]a.磁性Fe3O4納米微球的制備:將質量比為I: 2.5的FeCl2和FeCl3溶于蒸餾水水中，通入氮氣，在350r/min轉速下攪拌，逐滴加氨水至pH值為12;再控制溫度為65°C、轉速為120r/min，攪拌1.5h，反應后冷卻至室溫，利用磁石吸附作用收集Fe3(k微粒，用蒸饋水清洗至中性，在溫度為60°C下真空干燥3h，得磁性Fe304納米微球，微球的粒徑為54nm。
[0024]b.B2O3-Fe3O4磁性納米催化劑的制備:將質量比為1:15的磁性Fe304納米微球和硝酸硼溶液加至超聲波攪拌器，再加入與磁性Fe304納米微球質量比為1:25的乙醇，在轉速為300r/min、溫度為55 °C下，逐滴加入氨水至pH為11，超聲攪拌2.5h后，所得的產物經磁分離，再用蒸餾水清洗5次，用微波為65°C干燥6h，最后在500°C及氮氣保護下焙燒3h，即可制得B203_Fe304磁性納米催化劑。
[0025]1.原料預處理:在10kg麻瘋樹油中加入1.5kg