CN115093902A - 氨基酸甲烷磺酸盐离子液体催化制备生物柴油的方法 - Google Patents

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陈杨玉婕
杨坤
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Abstract

本发明公开了一种氨基酸甲烷磺酸盐离子液体催化制备生物柴油的方法，该方法以脂肪酸、醇为原料，氨基酸甲烷磺酸盐离子液体为催化剂，催化脂肪酸酯化制备生物柴油，其中氨基酸甲烷磺酸盐离子液体的阳离子为谷氨酸阳离子，阴离子为甲烷磺酸阴离子；本发明采用氨基酸甲烷磺酸盐离子液体作为催化剂，催化活性高、成本低、对设备腐蚀性小、对环境友好、可循环利用；本发明生物柴油制备方法操作简单、绿色无污染，克服了传统催化剂的不易回收、对设备腐蚀较大、污染环境的缺憾，属于环境友好型的工艺生产路线。

Description

氨基酸甲烷磺酸盐离子液体催化制备生物柴油的方法
技术领域
本发明涉及一种氨基酸离子液体催化脂肪酸酯化生产生物柴油的方法，属于绿色环保的可再生能源生产技术领域。
背景技术
脂肪酸甲酯或脂肪酸乙酯是生物柴油的主要成分，由脂肪酸和甲醇或乙醇酯化产生，常用于汽车、拖拉机、航天、船舶等发动机。生物柴油也可以通过废弃的动植物油脂为原料，通过酯交换、酯化、超临界流体反应获得，其化学性质和物理性质与石化柴油非常相似甚至优于石化柴油，是化石燃料的潜在替代品。
脂肪酸酯化成脂肪酸甲酯或脂肪酸乙酯一般使用化学催化和生物酶催化方法进行，对于化学方法，酸催化是生产脂肪酸酯的普遍方法，酸催化制备生物柴油时，对原料的适应性广，常用的催化剂有浓硫酸、盐酸、苯磺酸、磷酸等，但是对设备的腐蚀性较强且对环境污染较大。固体酸虽能重复利用，但易失活，且合成工艺较复杂；生物方法主要是经脂肪酶催化酯化，其催化酯化反应效率虽高，但是，脂肪酶的成本较高，不适合大规模生产。
离子液体作为一类新型的环境友好的“绿色溶剂”，具有很多独特的性质，被应用生物、医药、化工等领域。其种类繁多，可以改变阳离子/阴离子的不同组合，设计合成出不同的离子液体。但目前用于催化制备生物柴油的离子液体大多由咪唑、吡啶、吡咯、季铵、季鏻等化工原料所合成，所合成的离子液体具有一定的毒性，并且难以生物降解。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种氨基酸甲烷磺酸盐离子液体催化制备生物柴油的方法，本发明方法以脂肪酸、醇为原料，氨基酸甲烷磺酸盐离子液体为催化剂，催化脂肪酸酯化制备生物柴油，氨基酸甲烷磺酸盐离子液体制备中氨基酸来源于天然物质，以氨基酸为原料合成的氨基酸离子液体是一种新型的功能化离子液体，具有生物降解性和生物相容性的特性且对环境友好、无毒无害、可重复使用等优点，催化脂肪酸酯化反应制备生物柴油，转化率高。
为了实现上述发明目的，本发明提供的技术方案为：以脂肪酸与甲醇为原料，以氨基酸甲烷磺酸盐离子液体作为催化剂，在70-110℃、常压下回流反应0.5h-4h，反应完成后反应产物在室温下静置分层，收集上相物质并加入热水洗涤，再静置分层，上层物质即为生物柴油；下相物质常压蒸馏回收甲醇，减压蒸馏回收离子液体。
所述脂肪酸为油酸、月桂酸、亚麻酸、亚油酸、软脂酸、硬脂酸中的一种或几种。
所述氨基酸甲烷磺酸盐离子液体为谷氨酸甲烷磺酸盐离子液体。
所述脂肪酸与醇的摩尔比为1:6-20，氨基酸甲烷磺酸盐离子液体的添加量为脂肪酸质量的6-18%。
本发明的优点：
（1）本发明采用氨基酸离子液作为催化剂，催化活性高、合成成本低、对环境友好、化学性质稳定、不易挥发、可循环利用；
（2）本发明的制备方法操作简单，适宜规模化生产；
（3）本发明合成的原料氨基酸来源天然、可再生且与甲烷磺酸合成离子液时，制备过程比较简单；
（4）本发明的氨基酸甲烷磺酸盐离子液体作为催化剂使用对设备无腐蚀、绿色环保。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明保护范围不局限于所述内容，实施例中使用的试剂和方法，如无特殊说明，均采用常规试剂，使用常规方法。
下述实施例中是将氨基酸甲烷磺酸盐离子液体、甲醇、脂肪酸置于三颈烧瓶中，反应装置是由磁力搅拌器、冷凝管、温度计、油浴锅组成油浴装置，在恒温油浴磁力搅拌条件下（150 r/min）进行酯化反应，反应结束后，将反应产物转移到分液漏斗中静置分层，反应产物分成上相和下相，其中上相为脂肪酸甲酯，下相包括水、甲醇、氨基酸甲烷磺酸盐离子液体；收集上相并加入80℃热水洗涤后再静置分层，反复洗涤3次后，上层物质即为生物柴油（脂肪酸甲酯），下相常压蒸馏回收甲醇，减压蒸馏回收离子液体，离子液体循环利用；
下述实施例中氨基酸甲烷磺酸盐离子液体的制备方法是将氨基酸放入装有适量去离子水作为溶剂的500mL 圆底烧瓶中，然后将其放入配备温度计和磁力搅拌器的水浴锅中，常温条件下搅拌30min；随后，在室温下将等摩尔的甲烷磺酸逐滴加到圆底烧瓶中；甲烷磺酸滴尽后，将反应体系升温至70℃，搅拌24小时；反应结束后，将反应产物在70℃的旋转蒸发仪中脱水，脱水后的产物再在70℃的真空干燥箱（压力0.080MPa）中干燥8~12 h，直至水分完全去除；最后得到的粘稠液体即为氨基酸甲烷磺酸离子液，其中氨基酸为谷氨酸、天冬氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸、异亮氨酸、谷氨酰胺、天冬酰胺。
实施例1
将5g油酸、5.1g甲醇、0.5g谷氨酸甲烷磺酸盐离子液体置于三颈圆底烧瓶中搅拌混合，在100℃恒温油浴中进行常压回流反应2.5h；
同时采用天冬氨酸甲烷磺酸盐离子液体、脯氨酸甲烷磺酸盐离子液体等6种离子液体作为催化剂催化油酸酯化制备生物柴油，反应条件同上，结果见下表，从表中可以看出用谷氨酸甲烷磺酸盐离子液作为催化剂，催化效率最高，酯化率达到84.18%；
Figure 559857DEST_PATH_IMAGE002
。
实施例2
将5g油酸、10.2g甲醇（醇酸比= 18:1）、0.4g谷氨酸甲烷磺酸盐离子液体置于三颈圆底烧瓶搅拌混合，在100℃恒温油浴中进行常压回流3 h，反应终止，体系的酯化率为93.06 %；
同时在不同反应条件下催化油酸酯化制备生物柴油，结果见下表：
Figure 945839DEST_PATH_IMAGE004
实施例3
将5g月桂酸、11.2 g甲醇、0.6g谷氨酸甲烷磺酸盐离子液体置于三颈圆底烧瓶搅拌混合，在103℃恒温油浴中进行常压回流3.5 h，反应终止，体系的酯化率为94.67%。
实施例4
将5g月桂酸、5.1 g甲醇、0.5g谷氨酸甲烷磺酸盐离子液体置于三颈圆底烧瓶搅拌混合，在70℃恒温油浴中进行常压回流1h，反应终止，体系的酯化率为80.46%。

Claims (3)

1.一种氨基酸甲烷磺酸盐离子液体催化制备生物柴油的方法，其特征在于：以脂肪酸、醇为原料，氨基酸甲烷磺酸盐离子液体为催化剂，催化脂肪酸酯化制备生物柴油，其中氨基酸甲烷磺酸盐离子液体的阳离子为谷氨酸阳离子，阴离子为甲烷磺酸阴离子。
2.根据权利要求1所述的氨基酸甲烷磺酸盐离子液体催化制备生物柴油的方法，其特征在于：酯化在70-110℃、常压下进行。
3.根据权利要求1所述的氨基酸甲烷磺酸盐离子液体催化制备生物柴油的方法，其特征在于：脂肪酸与醇的摩尔比为1:6-20，氨基酸甲烷磺酸盐离子液体的添加量为脂肪酸质量的6-18%。
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CN117143672A (zh) * 2023-07-11 2023-12-01 昆明理工大学 氨基酸三氟甲烷磺酸盐离子液体在制备生物柴油中的应用
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