Эффективное производство биодизеля из олеиновой и пальмитиновой кислот с использованием нового металлического молибдена

Dec 23, 2023

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 10338 (2022) Цитировать эту статью

2990 Доступов

6 цитат

17 Альтметрика

Подробности о метриках

В данной работе металлоорганический каркас на основе молибдена и пиперидин-4-карбоновой кислоты был синтезирован простым сольвотермическим методом и использован в качестве эффективного катализатора для получения биодизеля из олеиновой и пальмитиновой кислот посредством реакции этерификации. Приготовленный катализатор охарактеризовали методами XRD, FTIR, TGA, DSC, BET, SEM, TEM, ICP-OES, рентгеновского картирования и EDX-анализа. Полученный катализатор Mo-MOF имеет стержнеобразную морфологию, удельную поверхность 56 м2/г и термическую стабильность до 300 °С. Твердый катализатор проявлял высокую активность при этерификации олеиновой и пальмитиновой кислот. Более того, катализатор можно было легко восстановить и эффективно повторно использовать несколько раз без значительной потери его активности, а также полученные результаты показали, что металлоорганический каркас можно использовать для соответствующего и быстрого производства биодизеля.

Из-за растущего загрязнения окружающей среды и глобального потепления, вызванного ископаемым топливом, многие исследования направлены на разработку технологий возобновляемой энергетики. В этом контексте считается, что биодизель обладает наибольшим потенциалом для снижения количества твердых частиц1, CO22 и выбросов парниковых газов3 благодаря высокому октановому числу4 и низкой вязкости5, что делает его многообещающей и экономически целесообразной альтернативой обычному ископаемому топливу6. Биодизель — это возобновляемый источник энергии, который можно производить путем переэтерификации триглицеридов в масле биомассы (например, растительном масле и животном жире) метанолом7. Традиционные методы производства биодизеля используют гомогенные условия в присутствии оснований или кислотных катализаторов, таких как серная кислота и гидроксид натрия8. Эти гомогенные системы страдают от ограничений, таких как коррозия реакторов, трудность восстановления и переработки катализатора, а также загрязнение окружающей среды9,10. В этом контексте гетерогенные катализаторы обеспечивают больше преимуществ по сравнению с гомогенными катализаторами, такие как возможность повторного использования10,11, простота процесса разделения и очистки12, высокая чистота глицерина13 и некоррозийность14. На сегодняшний день предложено множество твердых кислотных и основных катализаторов с регулируемыми структурными и поверхностными функциональными возможностями, и многие из них демонстрируют высокую каталитическую активность в отношении выхода биодизельного топлива. Гетерогенные твердоосновные катализаторы обычно обеспечивают более высокие скорости реакции по сравнению с кислотными аналогами в более мягких условиях реакции. Однако их нельзя напрямую использовать для масел, содержащих более 2 мас.% СЖК, из-за побочных реакций, таких как омыление и гидролиз, и они снижают как каталитическую активность, так и выход эфира15. Следовательно, твердые кислотные катализаторы применяются при работе с низкокачественными или несъедобными растительными маслами, содержащими значительные количества СЖК и воды15. Соединения молибдена признаны универсальными катализаторами из-за способности этого металла находиться на поверхности твердого тела в различных степенях окисления – от Мо6+ до металлического Мо(Мо0)16.

Безводный молибдат натрия17, объемный MoO318, кремнезем MoO3/B-ZSM-519, молибден, нанесенный на оксид алюминия20, диоксид кремния, алюмосиликат и титан21,22, а также углерод23 использовались в качестве катализаторов этерификации и переэтерификации для производства биодизеля из нескольких масел. включая отработанное масло. Гандия и др. описали применение объемного оксида молибдена на носителе Al2O3 для производства биодизельного топлива из нефти. Контрольные эксперименты показали, что объемный MoO3 очень активен как в реакциях переэтерификации, так и в реакциях этерификации, но страдает от сильного выщелачивания молибдена в реакционной среде.

По сравнению с объемным MoO3, MoO3 на носителе из оксида алюминия приводит к более эффективному использованию активной фазы и повышению устойчивости к выщелачиванию молибдена реакционной средой24. В этом исследовании мы представили новый MOF в качестве высокоэффективного разделяемого катализатора для производства биодизельного топлива из олеиновой кислоты и пальмитиновой кислоты посредством реакции этерификации. В последние годы металлоорганические каркасы (МОФ) привлекают все большее внимание благодаря их важным свойствам, таким как контролируемый состав25, большая площадь поверхности26,27, термическая стабильность28, гибкость и простота приготовления29. MOF состоят из SBU, соединенных органическими связями для формирования расширенных координационных сетей. Линкеры, широко используемые в MOF, представляют собой жесткие органические хелаторы, такие как аминокислоты, терефталевая кислота и поликарбоксилатные лиганды. На активность MOF влияют многие факторы, такие как органический лиганд, тип растворителя, размер частиц и сорт металла. Металлоорганические каркасы (MOF), известные как координационные полимеры, изучаются многими исследователями для перспективных применений, в том числе для катализа30,31,32, разделения33,34, хранения газа35, улавливания углекислого газа36. MOF в основном имеют регулируемую наноструктуру и пористые свойства. Однако, как хороший носитель, MOF также обладает присущими ему каталитическими свойствами. Более того, функциональные каталитические материалы на основе MOF демонстрируют большой потенциал в производстве биодизеля и других соответствующих биоперерабатывающих заводах. В таблице 1 для сравнения с бифункциональными катализаторами на основе MOF для производства биодизеля выбраны типичные гетерогенные бифункциональные катализаторы. Эти исследования показали, что МОК с аминогруппами (основание Бренстеда) проявляет высокую каталитическую активность и мягкие условия для производства биодизеля, чем другой гетерогенный кислотно-основной катализатор (табл. 1).