本发明属于化学技术领域，涉及一种生物柴油的制备方法。
背景技术：
生物柴油是由动植物油与甲醇、乙醇，或丙醇等低级醇通过酯交换反应生成的长链脂肪酸烷基酯类物质，是柴油的理想替代品，具有优异的环保性能和可再生性能。若以餐饮废油为原材料，对其进行预处理后用于制备生物柴油，为餐饮废油的再利用开辟了一条新路，有利于防止餐饮废油对环境造成的不利影响，同时还可以降低生物柴油的生产成本，为生物柴油的工业化提供有效的依据。在日本已经建立了利用废油制备生物柴油的工厂，欧盟各国及中国香港地区也竞相研究、开发利用餐饮废油制备生物柴油。拒不完全统计，我国餐饮业每年产生废油可达二百万吨以上，餐饮废油中含有很多对人体有害的物质，已经不能再食用了。目前，我国小部分餐饮废油被回收加工成脂肪酸工业原料，而大部分被不法分子利用，重新流入市场，严重危害了消费者的健康，还有的废油被餐饮业主直接排入下水道，造成了资源的浪费，而且严重污染环境。因此经济有效的对餐饮废油进行回收和利用，具有巨大的经济和社会效益。
国内外生产生物柴油制备的常用技术方法主要有以下几种：直接混合法、微乳化法、高温裂解法、碱催化的酯交换反应法、酸催化的酯交换反应、酶催化酯交换反应、超临界酯交换法、微藻制取生物柴油。制备生物柴油的技术方法各有优缺点，但碱催化的酯交换反应法是最受关注的方法，也是工业生产实用性最强的方法，应用最为广泛。它具有适应性强，反应条件要求不高，产物易分离等优点，是目前最经济最有优势的方法，但此法仍需改进。而微藻制取生物柴油是近几年的研究热点，以微藻作为原料制取生物柴油具有很多特殊的优势，目前微藻生产生物柴油还无法实现工业化生产。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种生物柴油的制备方法，以煎炸废油为原料，采用固体碱催化酯交换反应制备生物柴油。
其具体技术方案为：
一种生物柴油的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、负载型固体碱催化剂k2co3-mgo的制备
按照一定的比例称取k2co3mgo混合均匀，再加入适量的蒸馏水，使之成糊状，充分搅拌后静止二十四小时，进行浸渍，然后于80℃下干燥二十四小时。将所得固体研磨均匀在一定温度下焙烧一定的时间，即得负载型固体碱催化剂k2co3-mgo。
步骤2、煎炸废油的预处理
(1)抽滤，去除食物残渣和蛋白聚合物；
(2)脱色除臭，加入适量的分子筛，进行脱色和除臭，震荡使之混合均匀，静止一定时间后，过滤；
(3)降酸，无水乙醇萃取游离脂肪酸，将无水乙醇与煎炸废油按体积比1∶2进行混合，充分搅拌后，置于分液漏斗中静止一定时间后分液，下层液体为废油，上次为含游离脂肪酸的乙醇，重复萃取操作三至五次；
(4)水化脱胶，向废油中加入少量水，加热升温进行脱胶处理，然后离心分离，以去除废油中的磷脂和水，将废油加热到100℃-105℃，脱水；
步骤3、酯交换反应
称取一定质量的原料油，按一定比例加入甲醇共同混合于圆底烧瓶中，恒温水浴搅拌加热，并保持回流状态，预热到反应温度后，加入适量的催化剂，保持反应温度、搅拌、回流，反应一定时间；反应结束后迅速降温，离心分离除去催化剂，滤液经蒸馏装置回收剩余的甲醇后，置于分液漏斗中静止分层，上层为生物柴油，下层为甘油、残余的原料油和甲醇的混合物。
优选地，步骤3中反应时间2h、反应温度70℃、醇油质量比15∶1、催化剂与煎炸废油的质量比2％。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明将优选的催化剂应用到煎炸废油的酯交换反应中，通过单因素实验和正交试验得到催化煎炸废油制备生物柴油的最佳反应条件：反应时间2h、反应温度70℃、醇油质量比15∶1、剂油质量比2％：此时生物柴油的产率可以达到82.57％。结果表明催化剂k2co3-mgo对煎炸废油制备生物柴油的依然有较好的催化活性。
催化剂循环使用四次后，生物柴油的转化率仍在80％以上，表明：负载型固体碱催化剂k2co3-mgo具有很好的催化活性和稳定性。
附图说明
图1是催化剂用量对酯交换反应的影响；
图2是醇油比对酯交换反应的影响；
图3是反应时间对酯交换反应的影响；
图4是反应温度对酯交换反应的影响。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明的技术方案作进一步详细地说明。
1单因素实验
1.1催化剂用量对酯交换反应的影响
在反应时间为2h，醇油摩尔比12∶1，反应温度70℃的条件下，对催化剂用量进行考察。图1为催化剂用量对生物柴油转化率的影响。
实验结果表明，催化剂用量在＜2％时，随着催化剂用量的增加，生物柴油转化率有较大的升高，在催化剂用量为2％时，转化率达到79.03％，当再增加催化剂用量时，转化率略有下降。下降的原因可能是催化剂过量使得反应体系粘度增加，不利于反应的进行。因此选择催化剂用量为2％最佳。
1.2醇油比对酯交换反应的影响
在反应温度70℃、催化剂用量2％、反应时间2h的条件下，研究不同的醇油比对酯交换反应的影响。图2为醇油比对酯交换反应的影响。
由图2可知，当醇油比从6∶1增加到12∶1时，生物柴油的转化率随醇油比的增加呈逐渐上升的趋势。当醇油比增加到一定程度的时候，对酯交换反应的推动力就越来越小，同时使溶液的极性增大，导致反应速率减慢。此外还给产物分离带来困难，增加了成本，综合考虑，确定本实验最佳醇油质量比为12∶1。
1.3反应时间对酯交换反应的影响
在醇油比为12∶1、催化剂用量为2％、反应温度70℃条件下，研究不同反应时间对酯交换反应的影响。图3为反应时间对酯交换反应的影响。
由图3中可以看出，反应时间在小于2h时，随着反应时间的延长，生物柴油的转化率升高明显，但是继续延长反应时间，转化率的变化并不明显。这主要是因为反应是非均相反应，传质速率较慢，所以随着反应时间的延长，转化量在不断增加，但当达到2h以上时，反应基本达到平衡状态，转化率增加不大。再从实际考虑，反应时间越长，后续的乳化现象越明显，产生白色胶状物，造成产物分离困难。综合考虑，选则反应时间为2h最佳。
1.4反应温度对酯交换反应的影响
在催化剂用量为油重2％、反应时间为2h、醇油质量比为12∶1的条件下，分别考察40℃、50℃、60℃、70℃、80℃下反应的转化率，实验数据见表4。
由图4可知，转化率随着温度的升高成先增加后降低的趋势。反应温度从40℃到60℃时，转化率增加幅度较大，温度继续升到70℃时，转化率增加较缓，达到最大值80.78％，这是由于随着温度的升高反应物活性增强，反应速率加快。而当温度继续升高到80℃，转化率明显下降，因为温度过高甲醇严重挥发，使得体系中反应物接触减少，转化率下降。综合考虑反应温度选为70℃。
2正交实验
以大豆油为原料油，研究了催化剂制备的最佳工艺条件后，以最佳工艺条件制备活性最好的催化剂，用其催化煎炸废油。在单因素和正交实验的基础上，以煎炸废油的生物柴油转化率(y)为指标，通过正交试验，分析催化废油制备生物柴油的最佳工艺条件。现采用l9(31)正交实验设计，正交试验的结果如表1、表2所示。
表1正交实验水平表
表2正交实验结果及极差分析
由表2极差分析可得：醇油质量的比对生物柴油产量的影响最为显著，各因素对生物柴油转化率的影响顺序为：醇油质量的比＞反应温度＞反应时间＞催化剂用量，最佳组合为a2b2c2d2，即最佳工艺条件为：反应时间2h，反应温度70℃，醇油质量比15∶1，催化剂用量为原料废油质最的2％。对各因素选取最优方案下的水平进行验证，转化率达到82.57％。
3生物柴油的气相色谱检测
通过气相色谱检测，对脂肪酸甲酯的成分进行分析，定性定量结果见表3。
表3脂肪酸甲酯成分分析
由表中数据可以看出：所得生物柴油多为直连脂肪酸甲酯，不含支连结构，也不含s和n的有机化合物，生物柴油中脂肪酸甲酯含量可达到90％以上，与实验中的计算结果一致，其中油酸甲酯、亚油酸甲酯、顺式十六碳-9-烯酸甲酯、软脂酸甲酯含量较多。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。