朱芬芬,胡 博,韩媚玲,张荣岩

金属盐(SO42-/Cl-)固体酸催化剂在污泥制生物柴油中的应用

朱芬芬1,胡 博1,韩媚玲1,张荣岩2*

(1.中国人民大学环境学院,北京 100872；2.中化能源股份有限公司,北京 100031)

研究NaHSO4·H2O(布朗斯特酸位为主)和AlCl3·6H2O(路易斯酸位为主)两类金属盐固体酸催化剂在污泥制取生物柴油过程中的催化性能.结果表明,经过130°C脱水的NaHSO4·H2O较AlCl3·6H2O表现更为优异,两种催化剂的最优催化条件为催化剂投加量1.2g/10g冷冻干燥污泥、反应温度130°C、反应时间4h.虽然对粗脂肪的酯化率NaHSO4·H2O低于AlCl3·6H2O,分别为(63.4±2.6)％和(68.9±1.4)％(对应的生物柴油产率分别为9.73%～10.69％和10.80%～11.39％(污泥干基)),但经过GC-MS分析发现NaHSO4·H2O催化的生物柴油纯度更高,品质更好;两种催化剂的重复使用性<3～5次.两种催化剂均可实现低成本、高性能且环境友好的催化污泥制备生物柴油.

金属盐水合物；固体酸；城市污泥；生物柴油

随着城市化发展,市政污泥的积累量日益增多,污泥资源利用的潜力很大,其富含脂质、有机质和氮磷等营养元素,是廉价易得的合成生物柴油的优质原料[1-2].

在传统的生物柴油合成工艺中通常用浓硫酸作催化剂,但液体催化剂不易与产物分离,而固体酸催化剂不存在此问题,在生物柴油生产中表现出优秀的催化性能[3-4].固体酸催化剂按催化活性位可分为布朗斯特酸(B酸)和路易斯酸位(L酸). NaHSO4·H2O是一种布朗斯特强酸.硫酸氢钠自身的结晶水能够在催化剂表面电离出氢离子,酯化反应生成的水又能使硫酸氢钠电离出更多的氢离子,从而有利于酯化反应的进行[5-6].AlCl3·6H2O是典型的路易斯酸催化剂,三价铝离子最外层为空轨道,可以接受羰……