DOI: https://doi.org/10.20998/2413-4295.2019.05.17

Трансестерифікація тригліцеридів етанолом у оксидів металів

Yurii Melnyk, Roman Starchevskyi, Stepan Melnyk

Анотація


Метою досліджень було визначення закономірностей процесу трансестерифікації тригліцеридів соняшникової олії етанолом у присутності каталізаторів – оксидів цинку (ZnO), нікелю (NiO), заліза (FeO), міді (CuO) та кобальту (Со3О4 і Co2O3). Дослідження здійснювали при температурі 338 К і мольному співвідношенні тригліцериди : етанол – 1 : (3,8–4,1). Встановлено, що вид оксиду металу впливає як на початкову швидкість реакції, так і на досягнуту конверсію тригліцеридів. Показано, що найбільша частка тригліцеридів реагує протягом перших 30 хв процесу з досягненням конверсії від 39,5 % (у присутності Со2О3) до 76,7 % (ZnO). У наступні 120 хв найменший приріст конверсії тригліцеридів становить 18,6 % у присутності ZnO, а найбільший – 30,6 % за умови каталізу CuO. За результатами досліджень запропоновано ряд активності оксидів металів у реакції трансестерифікації тригліцеридів етанолом. Встановлено, що найвищу активність у реакції трансестерифікації тригліцеридів соняшникової олії етанолом виявляють оксиди цинку та нікелю. У їхній присутності за 150 хв реакції досягається конверсія тригліцеридів 95,3 і 94,2 %, відповідно. Водночас найнижчу активність виявляють оксиди кобальту. Показано, що встановлені закономірності зміни активності оксидів металів корелюють із результатами, одержаними під час дослідження трансестерифікації тригліцеридів етанолом у присутності катіонітів КУ-2-8 із іммобілізованими іонами металів за винятком катіоніту з іммобілізованими іонами кобальту (II), який на відміну від оксидів кобальту демонструє достатньо високу каталітичну активність. Для найактивнішого каталізатора (оксиду цинку) досліджено вплив співвідношення реагентів на конверсію сировини. Встановлено, що збільшення мольного співвідношення тригліцериди : етанол з 1 : 3,8 до 1 : 4,1 впливає як на початкову швидкість реакції, так і на максимальну конверсію тригліцеридів. Показано, що навіть незначне збільшення мольного співвідношення тригліцериди : етанол дозволяє підвищити конверсію тригліцеридів на 2,5 %. Виконані дослідження показують можливість використання оксидів цинку та нікелю в реакції трансестерифікації тригліцеридів етанолом.


Ключові слова


трансестерифікація; соняшникова олія; тригліцериди; етанол; оксиди нікелю, цинку, заліза, міді, кобальту

Повний текст:

PDF

Посилання


Van Gerpen, J. Biodiesel processing and production. Fuel Processing Technology, 2005, 86, 1097-1107, doi: 10.1016/j.fuproc.2004.11.005.

Leung, D. Y., Wu, X., Leung, H. M. A review on biodiesel production using catalyzed transesterification. Applied Energy, 2010, 87, 1083-1095, doi: 10.1016/j.apenergy.2009.10.006

Schuchardt, U. Sercheli, R., Vargas. R.M. Transesterification of Vegetable Oils: a Review. Journal of the Brazilian Chemical Society, 1998, 9(3), 199–201, doi: 10.1590/S0103-50531998000300002.

Ortega, M. Hurtado, A., Duarte, S. Triglyceride transesterification in heterogeneous reaction system with calcium oxide as catalyst. Rev. Fac. Ing. Univ. Antioquia. 2011. 57, 7–13.

Buasri, A., Worawanitchaphong, P., Trongyong, S., Loryuenyong, V. Utilization of Scallop Waste Shell for Biodiesel Production from Palm Oil – Optimization Using Taguchi Method. APCBEE Procedia, 2014, 8, 216-221, doi: 10.1016/j.apcbee.2014.03.030.

Yang, R., Su, M., Li, M., Zhang, J., Hao, X., Zhang, H. One-pot process combining transesterification and selective hydrogenation for biodiesel production from starting material of high degree of unsaturation. Bioresource Technology, 2010, 101, 5903–5909, doi: 10.1016/j.biortech.2010.02.095.

Annam, R. A., Aravindh, K. J. Comparison of Homogeneous Base Catalysts and Heterogeneous Base Catalysts for Biodiesel Transesterification of Waste Cooking Oil. International Journal of ChemTech Research, 2015, 2(8), 651–654.

Liu, Y., Lotero, E., Goodwin Jr., J., Mo, X. Transesterification of poultry fat with methanol using Mg–Al hydrotalcite derived catalysts. Applied Catalysis A: General, 2007, 331, 138-148, doi: 10.1016/j.apcata.2007.07.038.

Yang, L., Lv, P., Wang, Z., Yuan, Z., Luo, W., Li, H., Yu, L., Sun, H. Promotional Effect of Transition Metal Doping on the Properties of KF/CaO Catalyst for Biodiesel Synthesis. International Journal of Green Energy, 2017, 14(9), 784-791, doi: 10.1080/15435075.2017.1330752.

10. Melnyk, Yu. R., Paliukh, Z. Yu., Melnyk, S. R. Alkoholiz tryhlitserydiv etanolom u prysutnosti kationitu KU-2-8, modyfikovanoho ionamy metaliv. Visnyk Skhidnoukrainskoho natsionalnoho universytetu imeni Volodymyra Dalia [Bulletin of the Volodymyr Dahl East-Ukrainian National University], 2015, 3(220), 78-82.

Bournay, L., Casanave, D., Delfort, B., Hillion, G., Chodorge, J. A. New heterogeneous process for biodiesel production: A way to improve the quality and the value of the crude glycerin produced by biodiesel plants. Catalysis Today, 2005, 106, 192-190, doi: 10.1016/j.cattod.2005.07.181.

Varala, R., Narayana, V., Kulakarni, S. R., Khan, M., Alwarthan, A., Adil, S. F. Sulfated tin oxide (STO) – Structural properties and application in catalysis: A review. Arabian Journal of Chemistry, 2016, 9(4), 550-573, doi: 10.1016/j.arabjc.2016.02.015.

Melnyk, Yu., Starchevskyi, R. Heterogeneous catalytic transesterification of glycerol trioleate in the field of ultrasonic waves. Bulletin of NTU "KhPI". Series: New solutions in modern technologies, 2016, 42 (1214), 188-192, doi: 10.20998/2413-4295.2016.42.30.

Palyukh, Z., Melnyk, Yu., Melnyk, S. Transesterification of triglycerides by ethanol in the presence of divalent metal salts. Bulletin of NTU "KhPI". Series: New solutions in modern technologies, 2017, 23 (1245), 158-163, doi: 10.20998/2413-4295.2017.23.25.


Пристатейна бібліографія ГОСТ


  1. Van Gerpen, J. Biodiesel processing and production / J. Van Gerpen // Fuel Processing Technology. – 2005. – №86. – P. 1097-1107. – doi:10.1016/j.fuproc.2004.11.005.
  2. Leung, D. Y. A review on biodiesel production using catalyzed transesterification / D. Y. Leung, X. Wu, H. M. Leung // Applied Energy. – 2010. – №87. – P. 1083-1095. – doi:10.1016/j.apenergy.2009.10.006.
  3. Schuchardt, U. Transesterification of Vegetable Oils: a Review / U. Schuchardt, R. Sercheli, R.M. Vargas. // Journal of the Brazilian Chemical Society. – 1998. – №3(9). – P. 199-201. – doi:10.1590/S0103-50531998000300002.
  4. Ortega, M. Triglyceride transesterification in heterogeneous reaction system with calcium oxide as catalyst / M. Ortega, A. Hurtado, S. Duarte // Rev. Fac. Ing. Univ. Antioquia. – 2011. – №57. – P. 7-13.
  5. Buasri, A.  Utilization of Scallop Waste Shell for Biodiesel Production from Palm Oil – Optimization Using Taguchi Method / A. Buasri, P. Worawanitchaphong, S. Trongyong, V. Loryuenyong // APCBEE Procedia. – 2014. – №8. – P. 216-221. – doi: 10.1016/j.apcbee.2014.03.030.
  6. Yang, R. One-pot process combining transesterification and selective hydrogenation for biodiesel production from starting material of high degree of unsaturation / R. Yang, M. Su, M. Li et al // Bioresource Technology. – 2010. – № 101. – P. 5903-5909. – doi: 10.1016/j.biortech.2010.02.095.
  7. Annam, R. A. Comparison of Homogeneous Base Catalysts and Heterogeneous Base Catalysts for Biodiesel Transesterification of Waste Cooking Oil / R. A. Annam, K. J. Aravindh // International Journal of ChemTech Research. – 2015. – №2(8). – P. 651-654.
  8. Liu, Y. Transesterification of poultry fat with methanol using Mg–Al hydrotalcite derived catalysts / Y. Liu, E. Lotero, J. Goodwin Jr., X. Mo // Applied Catalysis A: General. – 2007. – №331. – P. 138-148. – doi: 10.1016/j.apcata.2007.07.038.
  9. Yang, L. Promotional Effect of Transition Metal Doping on the Properties of KF/CaO Catalyst for Biodiesel Synthesis / L. Yang, P. Lv, Z. Wang et al. // International Journal of Green Energy. – 2017. – №14(9). – P. 784-791. – doi: 10.1080/15435075.2017.1330752.
  10. Мельник, Ю. Р. Алкоголіз тригліцеридів етанолом у присутності катіоніту КУ-2-8, модифікованого іонами металів / Ю. Р. Мельник, З. Ю. Палюх, С. Р. Мельник // Вісник Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля. – 2015. – №3(220). – С. 78–82.
  11. Bournay, L. New heterogeneous process for biodiesel production: A way to improve the quality and the value of the crude glycerin produced by biodiesel plants / L. Bournay, D. Casanave, B. Delfort et al. // Catalysis Today. – 2005. – №106. – P. 192–190. – doi: 10.1016/j.cattod.2005.07.181.
  12. Varala, R. Sulfated tin oxide (STO) – Structural properties and application in catalysis: A review / R. Varala, V. Narayana, R. S. Kulakarn et al. // Arabian Journal of Chemistry. – 2016. – №9(4). – P. 550-573. – doi: 10.1016/j.arabjc.2016.02.015.
  13. Мельник, Ю. Р. Гетерогенно-каталітична трансестерифікація триолеату гліцерину в полі ультразвукових хвиль / Ю. Р. Мельник, Р. О. Старчевський // Вісник Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». Серія: Нові рішення в сучасних технологіях. – 2016. – №42 (1214). – С. 188-192. – doi: 10.20998/2413-4295.2016.42.30.
  14. Палюх, З. Ю. Алкоголіз тригліцеридів етанолом у присутності солей двовалентних металів / З. Ю. Палюх, Ю. Р. Мельник, С. Р. Мельник // Вісник Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». Серія: Нові рішення в сучасних технологіях.. – 2017. – №23(1245). – С. 158-163. – doi:10.20998/2413-4295.2017.23.25.