超声辅助制备植物油生物柴油产品
Summary
本文介绍了一种使用碱性催化剂对植物油进行安全的超声辅助酯交换方法。该方法对于制备纯生物柴油产品具有快速有效的效果。
Abstract
本研究利用植物油作为可持续的原料，提出了一种用于生物柴油合成的超声波辅助酯交换的创新方法。这种碱性催化的程序利用超声波作为有效的能量输入，促进了特级初榨橄榄油快速转化为生物柴油。在本演示中，反应在环境条件下的超声波浴中运行15分钟，需要1：6的特级初榨橄榄油与甲醇的摩尔比和最少量的KOH作为催化剂。还报道了生物柴油的理化性质。该方法强调了超声波辅助酯交换的显著优势，可显著减少反应和分离时间，实现近乎完美的纯度 （~100%）、高产量和可忽略不计的废物产生。重要的是，这些好处是在优先考虑安全和环境可持续性的框架内实现的。这些令人信服的发现强调了这种方法在将植物油转化为生物柴油方面的有效性，使其成为研究和实际应用的可行选择。
Introduction
生物柴油源自常见的植物性油脂，是一种减轻对石油依赖的可持续解决方案1。这种可再生替代品展示了减少温室气体排放，特别是二氧化碳，同时依赖于可持续资源。此外，与石油柴油相比，生物柴油具有明显的优势，其特点是不含硫成分、无毒和可生物降解性。作为传统化石燃料的替代品，生物柴油通过减少我们对不可再生化石燃料的依赖并减轻气候变化的不利影响，符合联合国 （UN） 的净零政策。生物柴油为满足当前的能源需求提供了一条充满希望的途径，使其成为更绿色未来的有力选择2.
用于生物柴油生产的主要方法涉及酯交换反应，这是一种化学过程，其中油脂中的甘油三酯在高温条件下在催化剂存在下与醇（通常是甲醇或乙醇）发生反应1,2,3,4。该反应产生脂肪酸烷基酯，这是生物柴油的主要成分。各种类型的植物油是生物柴油生产的主要原料，包括食用油5（例如，特级初榨橄榄油和玉米油）和非食用油 6,7,8（例如，刺山柑籽油），以及废油9。甲醇最常用于这种酯交换过程，因为它是一种相对便宜的醇。此外，一系列催化剂（如硫酸、磷酸、氢氧化钾、氢氧化钠）或酶（如脂肪酶）可用于加速酯交换过程1,2,3,4。传统上，反应混合物在回流下长时间加热，通常为 30 分钟或更长时间。加热不如超声波加热节能，同时也存在安全风险5.因此，需要一种更安全、更快、更节能的酯交换工艺。
超声波辐照是热、光和电等传统能源的优质替代品，这主要是由于声空化现象10。这种现象的特征是气泡的形成、膨胀和剧烈崩溃，产生温度达到约 5000 K、压力为 1000 个大气压的局部热点。这种极端条件，加上快速的加热和冷却速率（超过 1010 K/s），为在室温下有效发生各种化学反应提供了必要的能量，包括那些以前认为通过传统方法无法达到的反应10。超声波辅助合成在各个研究领域迅速普及。值得注意的是，人们对有机合成和固态材料中的超声波辅助合成的兴趣是由其环保性质、能源效率和环境条件下缩短的反应时间推动的 5,11,12,13,14,15,16 .本文介绍了一种快速有效的技术，用于使用碱性催化剂对植物油进行安全的超声辅助酯交换反应，从而在短时间内产生纯生物柴油产品。虽然特级初榨橄榄油是本研究中的演示培养基，但必须注意的是，超声波方法适用于一系列植物油5,17。
Protocol
Representative Results
Discussion
在该演示中，阐明了一种超声波辅助方法，用于碱催化生产生物柴油，以实现最佳功效。为获得最佳结果，应将离心管放入装满水的烧杯内，然后将烧杯放入超声波浴中。这种浸没式配置保证了反应混合物彻底暴露于超声波处理中，从而最大限度地提高其有效性。如果需要，也可以使用离心架来替换超声波浴内的烧杯，这可以进一步降低超声波的噪音。
正确的溶剂选择是通?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
这项工作得到了作者 YL 的启动基金和加州州立大学萨克拉门托分校的教学法增强奖 （PEA） 的支持。
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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