食用油电化学精炼制备生物柴油、乳酸和氢气的方法

本发明属于生物柴油、乳酸和氢气生产领域，具体涉及一种食用油电化学精炼制备生物柴油、乳酸和氢气的方法。

背景技术：

1、随着石油资源的短缺，生物柴油作为一种可再生清洁能源，近年来在世界各国迅猛发展。另外随着对可持续发展社会的呼吁，越来越多的科研人员开始关注于日常废弃物的升级利用，如废弃食用油。废弃食用油经酯交换反应可制得生物柴油和粗甘油，符合变废为宝的思想，同时也使得废弃食用油有了一个更为绿色有益的流向，可以有效降低对环境的污染及不法分子加工后再次返回餐桌的风险。但废弃食用油经酯交换反应可制得生物柴油和粗甘油的方法成本较高，限制了其大规模发展。

2、粗甘油是生物柴油生产过程的主要副产物，每生产9 kg生物柴油就会生成1 kg的粗甘油。因此提高粗甘油的经济效益是降低食用油制生物柴油成本的一种有效途径。

3、作为甘油的氧化产物，乳酸是生物可降解塑料聚乳酸的单体，且被广泛应用于化妆品和医疗等领域，具有较高的社会经济价值。目前甘油制乳酸的基础研究主要以热催化为主（acs catal. 2019, 9, 9953−9963; green chem., 2013, 15, 1520），但其需要较高的能量输入（高温高压）且会污染环境，不符合绿色工业生产要求。因此如何在室温常压条件下将甘油绿色高效转化为乳酸仍是一个难题。

4、电催化法以可再生能源电能驱动，以水中的氧原子和氢原子作为氧化还原反应中活性氧和活性氢的来源，绿色高效，近年来受到人们的广泛关注。因此，如果可以实现电催化法在废弃食用油精炼制备生物柴油、乳酸和氢气中的应用，则可大幅提升粗甘油的经济效益，使废弃食用油的升级利用的社会经济效益最大化。

技术实现思路

1、本发明是为了响应可持续发展社会的呼吁，开发一种废弃食用油绿色升级利用的生产工艺，其目的是提供一种食用油电化学精炼制备生物柴油、乳酸和氢气的方法。

2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、发明是通过以下技术方案实现的：

4、一种食用油电化学精炼制备生物柴油、乳酸和氢气的方法，包括以下步骤：

5、（ⅰ）酯交换反应

6、在反应器中加入30g ~500g的食用油、8 ml~200 ml醇和1g~20 g碱，在40℃~90℃下反应1 h~8 h，得到粗甘油和生物柴油的混合物，冷却后用分液漏斗分离得到粗甘油和生物柴油；

7、（ⅱ）粗甘油提纯

8、将步骤（ⅰ）的粗甘油进行提纯，出去其中多余的醇类，提纯后溶解在浓度为20g/l~300 g/l碱性溶液中，得到电解液；

9、提纯可采用旋转蒸发等任何实现多余醇与甘油分离的方式；

10、（ⅲ）组装电解池

11、将负载阳极催化剂的导电基底作为阳极，将阴极催化剂作为阴极，与步骤（ⅱ）得到的电解液组装成电解池；

12、（ⅳ）电催化反应

13、在常温常压及0.5 v~3 v vs. rhe电压下，甘油在阳极被氧化生成乳酸，水在阴极还原生成氢气。

14、在上述技术方案中，所述醇为甲醇或乙醇中的任意一种或两种的混合。

15、在上述技术方案中，所述步骤（ⅰ）中的碱为氢氧化钾或氢氧化钠中的任意一种或两种的混合；

16、在上述技术方案中，所述步骤（ⅱ）中的碱性溶液为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠或氢氧化锂中的一种或几种。

17、在上述技术方案中，所述阳极催化剂为贵金属、贵金属/氢氧化物或贵金属/氧化物中的一种或几种。

18、在上述技术方案中，所述贵金属为铂、金、银、钌、铱、钯、铜或铑中的一种或几种。

19、在上述技术方案中，所述氢氧化物为镍基、钴基、铜基氢氧化物或水滑石材料；所述氧化物为氧化镍、氧化钴、氧化铁、氧化铝、氧化铜、氧化铋、二氧化锰或二氧化钛。

20、在上述技术方案中，所述导电基底为碳布、碳纸、泡沫镍、镍片、镍网、泡沫铜、铜片、铜网、钛片、钛网、不锈钢片、不锈钢网、ito导电玻璃或fto导电玻璃中的任意一种。

21、在上述技术方案中，所述阴极催化剂为过渡金属氧化物、过渡金属磷化物、过渡金属硫化物、过渡金属氮化物、过渡金属硼化物、铂基催化剂、钯基催化剂、钌基催化剂、铑基催化剂、镍基催化剂或铜基催化剂中的任意一种或几种的混合物；当阴极催化剂为粉体时，所述阴极由导电基底负载阴极催化剂组成。

22、本发明的有益效果是：

23、本发明提供了一种食用油电化学精炼制备生物柴油、乳酸和氢气的方法，利用电催化的方法，将废弃食用油作为原料，通过酯交换反应和电催化法，将粗甘油在常温常压下绿色高效转化为乳酸，同时阴极联产氢气，以此大幅提升粗甘油的经济效益。最终将废弃食用油精炼制备为生物柴油、乳酸和氢气，从而使废弃食用油的升级利用的社会经济效益最大化且符合可持续发展理念。

技术特征：

1.一种食用油电化学精炼制备生物柴油、乳酸和氢气的方法，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的食用油电化学精炼制备生物柴油、乳酸和氢气的方法，其特征在于：所述步骤（ⅰ）中食用油和醇的质量体积比为3:1；所述碱的质量不小于食用油质量的1/60；所述醇为甲醇或乙醇中的任意一种或两种的混合；所述步骤（ⅰ）中的碱为氢氧化钾或氢氧化钠中的任意一种或两种的混合。

3.根据权利要求1所述的食用油电化学精炼制备生物柴油、乳酸和氢气的方法，其特征在于：所述酯交换反应的反应温度为40℃~90℃，反应时间为1 h~8 h。

4.根据权利要求1所述的食用油电化学精炼制备生物柴油、乳酸和氢气的方法，其特征在于：所述步骤（ⅱ）中碱性溶液为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠或氢氧化锂中的一种或几种；所述步骤（ⅱ）中碱性溶液的浓度为20g/l~300 g/l。

5.根据权利要求1所述的食用油电化学精炼制备生物柴油、乳酸和氢气的方法，其特征在于：所述阳极催化剂为贵金属、贵金属/氢氧化物、贵金属/氧化物中的一种或几种。

6.根据权利要求5所述的食用油电化学精炼制备生物柴油、乳酸和氢气的方法，其特征在于：所述贵金属为铂、金、银、钌、铱、钯、铜、铑中的一种或几种。

7.根据权利要求5所述的食用油电化学精炼制备生物柴油、乳酸和氢气的方法，其特征在于：所述氢氧化物为镍基、钴基、铜基氢氧化物或水滑石材料；所述氧化物为氧化镍、氧化钴、氧化铁、氧化铝、氧化铜、氧化铋、二氧化锰或二氧化钛。

8.根据权利要求1所述的食用油电化学精炼制备生物柴油、乳酸和氢气的方法，其特征在于：所述导电基底为碳布、碳纸、泡沫镍、镍片、镍网、泡沫铜、铜片、铜网、钛片、钛网、不锈钢片、不锈钢网、ito导电玻璃或fto导电玻璃中的任意一种。

9.根据权利要求1所述的食用油电化学精炼制备生物柴油、乳酸和氢气的方法，其特征在于：所述阴极催化剂为过渡金属氧化物、过渡金属磷化物、过渡金属硫化物、过渡金属氮化物、过渡金属硼化物、铂基催化剂、钯基催化剂、钌基催化剂、铑基催化剂、镍基催化剂或铜基催化剂中的任意一种或几种的混合物；当阴极催化剂为粉体时，所述阴极由导电基底负载阴极催化剂组成。

10.根据权利要求1所述的食用油电化学精炼制备生物柴油、乳酸和氢气的方法，其特征在于：所述电催化反应在常温常压及0.5 v~3 v vs. rhe电压下进行。

技术总结
本发明公开了一种食用油电化学精炼制备生物柴油、乳酸和氢气的方法，在反应器中加入食用油、醇类和碱进行反应，得到粗甘油和生物柴油的混合物，冷却后用分液漏斗分离得到粗甘油和生物柴油，除去粗甘油中的醇类后，将剩余液体溶解在碱性溶液中，以此作为电解液，将阳极催化剂和阴极催化剂与电解液组装成电解池，在常温常压及一定电压下进行电解催化，甘油在阳极被氧化生成乳酸，水在阴极被还原生成氢气。本发明利用废弃食用油作为原料，通过酯交换反应和电催化法将其精炼制备为生物柴油、乳酸和氢气，从而使其社会经济效益最大化且符合可持续发展理念，为废弃食用油的升级利用提供了新的思路和方法。

技术研发人员：栗振华,闫一凡,郝鹏杰,周华,邵明飞,段雪
受保护的技术使用者：北京化工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11