ЕСТЕРИФІКАЦІЯ ДИСТИЛЯТУ ВІЛЬНИХ ЖИРНИХ КИСЛОТ Н-БУТИЛОВИМ СПИРТОМ
DOI:
https://doi.org/10.20998/2413-4295.2025.02.12Ключові слова:
естерифікація, естери, вільні жирні кислоти, н-бутанол, каталіз, сульфатна кислотаАнотація
Бутилові естери вільних жирних кислот широко застосовують у різних галузях промисловості, зокрема для виробництва мастильних матеріалів, біопалива, парфумерних виробів, у фармацевтиці тощо. Досліджено вплив температури реакції, вмісту каталізатора і співвідношення реагентів на закономірності естерифікації н-бутиловим спиртом вільних жирних кислот дистиляту дезодорації соняшникової олії. Як каталізатор використовували сульфатну кислоту. Встановлено оптимальні значення вмісту каталізатора, співвідношення реагентів і температури реакції, які забезпечують максимальну конверсію вільних жирних кислот, що містяться в дистиляті. Контроль за перебігом реакції здійснювали за накопиченням водного шару у водовідділювачі та титруванням продуктів реакції розчином лугу з подальшим визначенням їхнього кислотного числа і розрахунком конверсії вільних жирних кислот. Досліджено вплив каталізатора на динаміку реакції, та показано, що його оптимальний вміст у реакційній суміші становить
2,3·10-3 моль·дм-3, що забезпечує конверсію вільних жирних кислот 97,1 %. Подальше збільшення вмісту каталізатора до 2,0·10-2 моль·дм-3 не призводить до зростання швидкості реакції та збільшення конверсії вільних жирних кислот до естерів, а навпаки незначно знижує їх конверсію. Встановлено, що за мольного співвідношення вільні жирні кислоти : н-бутанол – 1 : 2 і концентрації каталізатора 2,0·10-2 моль·дм-3 досягається конверсія вільних жирних кислот 94,9 %. Визначено вплив температури на перебіг естерифікації кислот. Встановлено, що до досягнення температури 100 оС реакція відбувається дуже повільно, а водний шар у водовідділювачі відсутній. Визначено, що конверсія вільних жирних кислот понад 90 % досягається за температури реакції понад 105 оС. В інтервалі температури 105–125 оС вона знаходиться в межах 91,6–96,9%. Оптимальні умови естерифікації дистиляту вільних жирних кислот н-бутиловим спиртом, зокрема концентрація каталізатора 2,3·10-3 моль·дм-3, мольне співвідношення вільні жирні кислоти : н-бутанол – 1 : 2 і температура реакції 115–125 оС, забезпечують конверсію кислот дистиляту понад 95 %.
Посилання
Zubenko S. O., Patryliak L. K. Methods of fatty acid butyl esters synthesis: present and prospects. Catalysis and Petrochemistry, 2020, Vol. 29, pp. 11–23, doi:10.15407/kataliz2020.29.011.
Bezdieniezhnykh L. A., Perfilova N. O., Martynova T. V., Sokur M. I. Production of biofuel based on soapstock. Environmental Safety, 2014, Vol. 1, no. 17, pp. 98–102.
Zhou X., He P., Zhang C. Codoped Phosphotungstate as an Efficient Heterogeneous Catalyst for the Synthesis of n‑Butyl Oleate. ACS Omega, 2020, Vol. 5, pp. 11529–11534, doi: 10.1021/acsomega.0c00693.
Cardoso A. L., Neves S. C. G., Da Silva M. J. Esterification of Oleic Acid for Biodiesel Production Catalyzed by SnCl2: A Kinetic Investigation. Energies, 2008, Vol. 1, pp. 79–92, doi: 10.3390/en1020079.
Jiang Y., Lu J., Sun K., Ma L., Ding J. Esterification of oleic acid with ethanol catalyzed by sulfonated cation exchange resin: Experimental and kinetic studies. Energy Convers. Manag., 2013, Vol. 76, pp. 980–985, doi: 10.1016/j.enconman.2013.08.011.
Al-Sakkari E. G., Abdeldayem O. M., El-Sheltawy S. T., Abadir M. F., Soliman A., Rene E. R., Ismail I. Esterification of high FFA content waste cooking oil through different techniques including the utilization of cement kiln dust as a heterogeneous catalyst: a comparative study. Fuel, 2020, Vol. 279, pp. 118519, doi: 10.1016/j.fuel.2020.118519.
Esan A. O., Smith S. M., Ganesan S. Dimethyl carbonate assisted catalytic esterification of palm fatty acid distillate using catalyst derived from spent bleaching clay. J. Clean. Prod., 2022, Vol. 337, pp. 130574, doi: 10.1016/j.jclepro.2022.130574.
Ganesan S., Nadarajah S., Chee X. Y., Khairuddean M., Teh G. B. Esterification of free fatty acids using ammonium ferric sulphate-calcium silicate as a heterogeneous catalyst. Renew. Energy, 2020, Vol. 153, pp. 1406–1417, doi: 10.1016/j.renene.2020.02.094.
Remya S., Jolly V. A., Ragi V., George E. K., Rani J. Esterification of free fatty acids in non-edible oils using partially sulfonated polystyrene for biodiesel feedstock. Ind. Crop. Prod., 2017, Vol. 95, pp. 66–74, doi: 10.1016/j.indcrop.2016.09.060.
Gan S., Ng H. K., Chan P. H., Leong F. L. Heterogeneous free fatty acids esterification in waste cooking oil using ion-exchange resins. Fuel Process. Technol., 2012, Vol. 102, pp. 67–72, doi: 10.1016/j.fuproc.2012.04.038.
Gan S., Ng H. K., Ooi C. W., Motala N. O., Ismail M. A. F. Ferric sulphate catalysed esterification of free fatty acids in waste cooking oil. Bioresour. Technol., 2010, Vol. 101, pp. 7338–7343, doi:10.1016/j.biortech.2010.04.028.
Yu S., Wu S. Li L., Ge X. Upgrading bio-oil from waste cooking oil by esterification using SO42−/ZrO2 as catalyst. Fuel, 2020, Vol. 276, pp. 118019, doi: 10.1016/j.fuel.2020.118019.
Kvong T.-L., Yung K.-F. One-step production of biodiesel through simultaneous esterification and transesterification from highly acidic unrefined feedstock over efficient and recyclable ZnO nanostar catalyst. Renew. Energy, 2016, Vol. 90, pp. 450–457, doi: 10.1016/j.renene.2016.01.028.
Gan M., Pan D., Ma L., Yue E., Hong J. The kinetics of the esterification of free fatty acids in waste cooking oil using Fe2(SO4)3/C. Chin. J. Chem. Eng., 2009, Vol. 17, no. 1, pp. 83–87, doi: 10.1016/S1004-9541(09)60037-9.
Gaurav A., Dumas S., Mai C. T. Q., Ng F. T. T. A kinetic model for a single step biodiesel production from a high free fatty acid (FFA) biodiesel feedstock over a solid heteropolyacid catalyst. Green Energy Environ., 2019, Vol. 4, pp. 328–341, doi: 10.1016/j.gee.2019.03.004.
Soltani S., Rashid U., Nehdi I. A., Al-Resayes S. I. Esterification of Palm Fatty Acid Distillate Using a Sulfonated Mesoporous CuO-ZnO Mixed Metal Oxide Catalyst. Chem. Eng. Technol., 2017, Vol. 40, no. 10, pp. 1931–1939, doi:10.1002/ceat.201700138.
Melnyk S. R., Starchevskyi R. O., Melnyk Yu. R., Orzhekhovska O. E., Mahorivska H. Ya. Transesterification of triglycerides by ethanol in the presence of metal oxides. Bulletin of the National Technical University “KhPI” Series: New Solutions in Modern Technologies, 2020, Vol. 4, no. 6, pp. 114–121, doi: 10.20998/2413-4295.2020.04.17.
Martins F. P., Rodrigues F. A., Silva M. J. Fe2(SO4)3-Catalyzed Levulinic Acid Esterification: Production of Fuel Bioadditives. Energies, 2018, Vol. 11, no. 5, p. 1263, doi:10.3390/en11051263.
Satyarthi J. K., Srinivas D., Ratnasamy P. Influence of Surface Hydrophobicity on the Esterification of Fatty Acids over Solid Catalysts. Energy Fuels, 2010, Vol. 24, pp. 2154–2161, doi:10.1021/ef1001452.
Cardoso A. L., Neves S. C. G., Da Silva M. J. Kinetic Study of Alcoholysis of the Fatty Acids Catalyzed by Tin Chloride(II): An Alternative Catalyst for Biodiesel Production. Energy Fuels, 2009, Vol. 23, pp. 1718–1722, doi:10.1021/ef800639h.
Marcio J. da S., Abiney L. C., Natalino R. Bioenergy II: Tin Catalysed Esterification of Free Fatty Acids. Int. J. Chem. React. Eng., 2010, Vol. 8, A12, doi:10.2202/1542-6580.1930.
Aafaqi R., Mohamed A. R., Bhatia S. Kinetics of esterification of palmitic acid with isopropanol using p-toluene sulfonic acid and zinc ethanoate supported over silica gel as catalysts. J. Chem. Technol. Biotechnol., 2004, Vol. 79, no. 10, pp. 1127–1134, doi:10.1002/jctb.1102.
Krause F., Maruyama S., Wypych F. A preliminary investigation concerning metal oxydes as catalysts for esterification of lauric acid with isopropanol. Chem. Chem. Technol., 2018, Vol. 12, no 2, pp. 158–166, doi: 10.23939/chcht12.02.158.
Pereira C. O., Portiho M., Henriques C. A., Zotin F. SnSO4 as Catalyst for Simultaneous Transesterification and Esterification of Acid Soybean Oil. J. Braz. Chem. Soc., 2014, Vol. 25, no. 12, pp. 2409–2416, doi: 10.5935/0103-5053.20140267.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 Юрій Роговий, Степан Мельник
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Журнал публікує статті згідно з ліцензією Creative Commons Attribution International CC-BY.
