植物油からのバイオディーゼル製品の超音波支援調製
Summary
アルカリ性触媒を使用した植物油の安全な超音波支援エステル交換法がここで紹介されています。この方法は、純粋なバイオディーゼル製品を調製するために迅速かつ効率的です。
Abstract
植物油を持続可能な原料として利用し、この研究は、バイオディーゼル合成のための超音波支援エステル交換への革新的なアプローチを提示します。このアルカリ触媒法は、超音波を強力なエネルギー入力として利用し、エクストラバージンオリーブオイルのバイオディーゼルへの迅速な変換を促進します。このデモンストレーションでは、反応を周囲条件下で超音波浴中で15分間実行し、エクストラバージンオリーブオイルとメタノールの1:6モル比と触媒として最小限のKOHを必要とします。バイオディーゼルの物理化学的性質も報告されています。超音波支援エステル交換の顕著な利点を強調して、この方法は、反応および分離時間の顕著な短縮を示し、ほぼ完全な純度(~100%)、高収率、および廃棄物発生の無視。重要なのは、これらの利点は、安全性と環境の持続可能性を優先するフレームワーク内で達成されることです。これらの説得力のある調査結果は、植物油をバイオディーゼルに変換する際のこのアプローチの有効性を強調しており、研究と実用化の両方の実行可能なオプションとして位置付けられています。
Introduction
一般的な植物ベースの油脂から派生したバイオディーゼルは、石油への依存を軽減するための持続可能なソリューションとして浮上しています1。この再生可能な代替品は、持続可能な資源に依存しながら、温室効果ガス、特に二酸化炭素の排出量を削減しています。さらに、バイオディーゼルは、その硫黄を含まない組成、無毒の性質、および生分解性を特徴とする石油ディーゼルよりも明確な利点を示します。従来の化石燃料の代替として、バイオディーゼルは、再生不可能な化石燃料への依存を減らし、気候変動の悪影響を軽減することにより、国連(UN)のネットゼロ政策と一致しています。バイオディーゼルは、現在のエネルギーニーズを満たすための有望な道筋を提供し、より環境に優しい未来のための強力な選択肢となっています2。
バイオディーゼル生産に使用される主な方法は、エステル交換、油脂中に見られるトリグリセリドが、高温条件下で触媒の存在下でアルコール、通常はメタノールまたはエタノールと反応する化学プロセス1,2,3,4を含む。この反応により、バイオディーゼルの主成分である脂肪酸アルキルエステルが得られます。さまざまな種類の植物油がバイオディーゼル生産の主要な原料として機能し、これには食用油5(エクストラバージンオリーブオイルやコーン油など)と非食用油6,7,8(ケーパーシードオイルなど)、および廃油9が含まれます。メタノールは比較的安価なアルコールであるため、このエステル交換プロセスに最も一般的に使用されます。さらに、硫酸、リン酸、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、またはリパーゼのような酵素などの一連の触媒を使用して、エステル交換プロセスを迅速化することができる1,2,3,4。従来、反応混合物は還流下で長時間(通常は30分以上)加熱されます。加熱は超音波ほどエネルギー効率が良くない一方で、安全上のリスクももたらします5。その結果、より安全で、より速く、よりエネルギー効率の高いエステル交換プロセスが求められています。
超音波照射は、主に音響キャビテーション10の現象により、熱、光、および電気などの従来のエネルギー源に対する優れた代替手段として浮上している。この現象は、気泡の形成、膨張、激しい崩壊を特徴とし、温度が約5000Kに達し、圧力が1000気圧の局所的なホットスポットを生成します。このような極端な条件は、急速な加熱および冷却速度(1010 K/s以上)と相まって、従来の手段では達成不可能と考えられていたものを含む、室温で効率的に発生する広範な化学反応に必要なエネルギーを提供する10。超音波支援合成は、さまざまな研究分野で急速に普及しています。特に、有機合成および固体材料における超音波支援合成への関心は、その環境に優しい性質、エネルギー効率、および周囲条件下での反応時間の短縮によって推進されています5,11,12,13,14,15,16 .ここでは、アルカリ性触媒を使用して植物油の安全な超音波支援エステル交換を行い、短期間で純粋なバイオディーゼル製品を生成するための迅速かつ効果的な技術を紹介します。エクストラバージンオリーブオイルは、この研究では実証媒体として機能しますが、超音波法は野菜油5,17のスペクトルに適用性を保持していることに注意することが不可欠です。
Protocol
Representative Results
Discussion
このデモンストレーションでは、バイオディーゼルの塩基触媒による生産の超音波支援法が、最適な有効性のために解明されます。最適な結果を得るには、遠心分離管を水で満たされたビーカーの中に入れ、次にビーカーを超音波浴の中に置く必要があります。この浸漬構成は、反応混合物の超音波処理への完全な曝露を保証し、その効果を最大化する。必要に応じて、遠心分離機ラックを?…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この研究は、Author YLのスタートアップファンドと、カリフォルニア州立大学サクラメント校のPedagogy Enhancement Award(PEA)の支援を受けました。
Materials
| Chloroform-d | Fisher Scientific | 865-49-6 | • Harmful if swallowed. • Causes skin irritation. • Causes serious eye irritation. • Toxic if inhaled. • Suspected of causing cancer. • Suspected of damaging fertility or the unborn child. • Causes damage to organs through prolonged or repeated exposure |
| Heated Ultrasonic Baths, Digital, Branson Ultrasonic | Branson | 89375-492 | |
| Methanol | Fisher Scientific Company | 67-56-1 | Highly flammable liquid and vapor. Toxic if swallowed, in contact with skin or if inhaled. Causes damage to organs (Eyes). |
| Potassium hydroxide | Fisher Scientific Company | 1310-58-3 | May be corrosive to metals. Harmful if swallowed. Causes severe skin burns and eye damage. Causes serious eye damage |
| Sodium chloride | Sigma-Aldrich | 7647-14-5 | Not hazardous |
| Vegetable oils | A commonly consumed food with a long history of safe use in pesticides. |
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