化学家简化了生物柴油的转化

2019-04-15 09:31:58
来源:

随着美国寻求减少对外国石油的依赖,预计生物柴油将发挥作用。据能源部的一个分支机构国家可再生能源实验室称,生物柴油“代表着重要的能源资源,有朝一日可以提供3%至5%的馏分燃料市场。”

实现这一目标的一个主要障碍是如何有效地将丰富的废植物油(例如,烹饪法式炸薯条后使用的油)转化为生物柴油燃料。目前的技术需要时间,成本高且效率低。更糟糕的是,转化需要有毒化学品硫酸和氢氧化钾或氢氧化钠。

这就是布朗大学化学家Jason Sello和博士后研究员Aaron Socha进来的地方。他们在有机与生物分子化学杂志上写道,他们能够使用环保催化剂在单一反应容器中将废植物油转化为生物柴油。他们的工艺也比现有的将废植物油转化为生物柴油的方法快6倍,因此消耗的能源更少。

“我们希望开发一种环境友好且技术上简单的方法,将废植物油转化为生物柴油,”化学助理教授塞洛说。“以牺牲环境为代价的能源生产是站不住脚的,应该不惜一切代价避免。”

废植物油由三酰基甘油,游离脂肪酸和水组成。将废植物油转化为生物柴油的常规方法需要两个单独的反应。第一反应将游离脂肪酸转化为生物柴油,但转化需要硫酸。第二反应将三酰基甘油转化为生物柴油,但该转化需要氢氧化钠或氢氧化钾。氢氧化钠/氢氧化钾和硫酸彼此不相容,因此反应必须在不同的容器中进行。这使得该过程效率降低。

为了找到更好的方法,Sello和Socha一直在寻找廉价,化学稳定且毒性有限的催化剂。他们选择了金属三氟甲磺酸铋和三氟甲磺酸钪,通常用作制备型有机化学中的催化剂。另外,他们使用微波反应器代替传统的热加热器进行反应。他们发现新的催化剂在微波反应器中在约20分钟内将废植物油转化为生物柴油,而使用常规加热器的没有催化剂的当前反应需要两个小时。虽然他们的微波方法需要更高的温度来实现生物柴油的转换 - 在目前的方法下150摄氏度与60摄氏度 - 但它总体上使用的能量更少,因为反应时间要短得多。

化学家也能够在一个反应​​容器中进行转化,因为催化剂可以促进将游离脂肪酸转化为生物柴油的反应和三酰基甘油转化为生物柴油的反应。

该团队还报告说,游离脂肪酸转化中的催化剂,这两个反应中更具挑战性,可以回收多达五次,同时保持提高97%反应产率的能力。研究人员说,催化剂可以回收的事实降低了它们的成本和环境影响。

“虽然我们尚未证明我们的方法在工业规模上的可行性,”Sello说,“我们已经确定了非常有前景的催化剂和反应条件,原则上可用于将废植物油大规模转化为生物柴油以一种环境敏感的方式。“

该研究由国家科学基金会资助,通过向Sello提供赠款和美国竞争力化学奖授予Socha。布朗还通过RB Salomon奖向Sello支持这项工作。

在一篇单独的相关论文中,由布朗化学教授保罗威利亚德领导的团队创​​造了一种新技术来描绘原始油转化为生物柴油燃料的反应进程。

这种称为DOSY(用于扩散有序核磁共振光谱学)的技术观察到原始油分子,因为它们在反应过程中尺寸缩小并在溶液中移动得更快。当所有分子已转化为称为脂肪酸酯的较小组分时,反应完成。这些脂肪酸酯用作生物柴油燃料。

声明:本站系本网编辑转载,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。如涉及作品内容、版权和其它问题,请在30日内与本网联系,我们将在第一时间删除内容!
热门文章
头条推荐