Ключові слова
лужний каталізатор
використана олія після смаження
переестерифікація
Як цитувати
Анотація
Алкілестери жирних кислот є широко використовуваними продуктами. Більшість із них застосовують як відновлюване паливо для транспорту, яке називають «біодизелем». Виробництво ізопропілових естерів жирних кислот в основному базується на кислотному процесі, але з використанням лужних каталізаторів також можна отримати хороші виходи. Лужні каталізатори мають деякі переваги, такі як низька корозійна активність та вища швидкість реакції. У даній роботі було порівняно ефективність гідроксиду калію та додатково обробленого розчину гідроксиду калію як каталізаторів переестерифікації. Показано, що розчин KOH в ізопропіловому спирті після спеціальної обробки сприяє одержанню майже вдвічі вищого виходу (95-96 %) естерів з тригліцеридів рафінованої соняшникової олії, ніж на KOH за тих же умов. Вихід ізопропілових естерів жирних кислот з відпрацьованої олії після фритюру стабілізується через 1-1,5 години реакції на обох каталізаторах. З використанням 1,8 і 2,0 % обробленого каталізатора за 90°C було одержано виходи близько 86-88 % за співвідношення спирту до олії 9:1. Встановлено, що температура реакції має суттєвий вплив на вихід, який спадає із пониженням температури від 30 до 90 °C. Впродовж реакції луг омилюється і втрачає каталітичну активність, що проявляється у зупинці зростання виходу. Нижчий вихід естерів з відпрацьованої олії порівняно з рафінованою олією може бути спричинений присутністю важких полімеризованих компонентів тригліцеридів, які формуються впродовж смаження. Такі компоненти не можуть бути повністю перетворені в моноалкілестери та утворюють олігомеризовані естери, які не фіксуються при стандартному газохроматографічному аналізі біодизелю. Непрямим підтвердженням присутності таких сполук у зразку відпрацьованої олії після фритюру є значно більша маса кубового залишку, одержаного при вакуумній перегонці. Для рафінованої олії кількість такого залишку становила лише 5,4 %, а для фритюрної втричі більше – 14,9 %. У разі використання як сировини фритюрної олії навіть за повного перетворення та ефективного саморозділення загальноприйняті методи очищення (промивання водою або сухе очищення із застосуванням адсорбентів) можуть не забезпечити необхідної чистоти отриманого біодизеля через наявність важких олігомерних домішок. У таких випадках необхідною кінцевою стадією очищення має бути вакуумна перегонка.
Посилання
The Biodiesel Handbook, 2nd edn. (G. Knothe, J. Krahl, J. van Gerpen). Elsevier, Urbana, Illinois, 2010. 482.
Malins K., Kampars V., Kampare R., Prilucka L., Brinks J., Murnieks R., Apseniece L. Properties of rapeseed oil fatty acid alkyl esters derived from different alcohols. Fuel. 2014. 137. 28-35.
Wang W., Li F., Li Y. Effect of biodiesel ester structure optimization on low temperature performance and oxidation stability. J. Mater. Res. Technol. 2020. 9 (3). 2727-2736.
Kleinová A., Paligováa J., Vrbová M., Mikulec J., Cvengroš J. Cold flow properties of fatty esters. Trans IChemE, Part B, Process Safety and Environmental Protection. 2007. 85 (B5). 390-395.
Dunn R.O. Cold-flow properties of soybean oil fatty acid monoalkyl ester admixtures. Energy Fuels. 2009. 23. 4082-4091.
Silva L.N., Cardoso C.C., Pasa V.M.D. Synthesis and characterization of esters from different alcohols using Macauba almond oil to substitute diesel oil and jet fuel. Fuel. 2016. 166. 453-460.
Wang P.S., Tat M.E., Gerpen V. The production of fatty acid isopropyl esters and their use as a diesel engine fuel. J. Am. Oil Chem. Soc. 2005. 82. 845-849.
Sanli H., Canakci M. Effects of different alcohol and catalyst usage on biodiesel production from different vegetable oils. Energy Fuels. 2008. 22. 2713-2719.
Hanh H.D., Dong N.T., Okitsu K., Nishimura R., Maeda Y. Biodiesel production through transesterification of triolein with various alcohols in an ultrasonic field. Renew. Energy. 2009. 34. 766-768.
Sánchez M., Bergamin F., Peña E., Martinez M., Aracil J. A comparative study of the production of esters from Jatroha oil using different short-chain alcohols: Optimization and characterization. Fuel. 2015. 143. 183-188.
Likozar B., Levec J. Transesterification of canola, palm, peanut, soybean and sunflower oil with methanol, ethanol, isopropanol, butanol and tert-butanol to biodiesel: Modelling of chemical equilibrium, reaction kinetics and mass transfer based on fatty acid composition. Appl. Energy. 2014. 123. 108-120.
Becker H. Introduction to the electronic theory of organic reactions; “Mir”: Moscow, 1977. 658. (In Russian) 13. Hájek M., Skopal F., Vávra A., Kocík J. Transesterification of rapeseed oil by butanol and separation of butyl ester. J. Cleen. Prod. 2017. 155 (Part 1). 28-33.
Patent UA123473 C2. Zubenko S.O., Konovalov S.V., Patrylak L.K. Method of preparing catalyst for fatty acid esters production. Ukraine. 2021. (In Ukrainian)
Zubenko S.O. The simple method of vegetable oils and oleochemical products acid value determination. Catalysis and Petrochemistry. 2021. N31. 69-74.
Thoai D.N., Tongurai C., Prasertsit K., Kumar A. A novel two-step transesterification process catalyzed by homogeneous base catalyst in the first step and heterogeneous acid catalyst in the second step. Fuel Proc. Technol. 2017. 168. 97-104.
Patrylak L.K., Zubenko S.O., Konovalov S.V., Povazhnyi V.A. Alkaline transesterification of sunflower oil triglycerides by butanol-1 over potassium hydroxide and alkoxides catalysts. Issues of chemistry and chemical technology. 2019. 5. 93-103.
Konovalov S., Patrylak L., Zubenko S., Okhrimenko M., Yakovenko A., Levterov A., Avramenko A. Alkali synthesis of fatty acid butyl and ethyl esters and comparative bench motor testing of blended fuels on their basis. Chem. Chem. Technol. 2021. 15 (1). 105-117.
Brunschwig C., Moussavou W., Blin J. Use of bioethanol for biodiesel production. Prog. Energ. Combust. 2012. 38 (2). 283-301.
Balat M., Balat H. Progress in biodiesel processing. Appl. Energy. 2010. 87. 1815-1835.
Demirbas A. Progress and recent trends in biodiesel fuels. Energy Convers. Manag. 2009. 50. 14-34.
Murugesan A., Umarani C., Chinnusamy T.R., Krishnan M., Subramanian R., Neduzchezhain N. Production and analysis of bio-diesel from non-edible oils-a review. Renew. Sustain. Energy Rev. 2009. 13. 825-834.
Ejikeme P.M., Anyaogu I.D., Ejikeme C.L., Nwafor N.P., Egbuonu C.A.C., Ukogu R., Ibeesi J.A. Catalysis in Biodiesel Production by Transesterification Processes-An Insight E- J. Chem. 2010. 7. 1120-1132.
Ruiz-Méndez M.V., Marmesat S., Liotta A., Dobarganes M.C. Analysis of used frying fats for the production of biodiesel. GRASAS ACEITES. 2008. 59. 45-50.
Vieitez I., Callejas N., Irigaray B., Pinchak Y., Merlinski N., Jachmanian I. Grompone M. Acid value, polar compounds and polymers as determinants of the efficient conversion of waste frying oils to biodiesel. J. Am. Oil Chem. Soc. 2014. 91. 655-664.