Effiziente Biodieselproduktion aus Öl- und Palmitinsäure unter Verwendung eines neuartigen Molybdänmetalls

Jan 26, 2024

Wissenschaftliche Berichte Band 12, Artikelnummer: 10338 (2022) Diesen Artikel zitieren

2873 Zugriffe

5 Zitate

17 Altmetrisch

Details zu den Metriken

In dieser Studie wurde ein metallorganisches Gerüst auf Basis von Molybdän und Piperidin-4-carbonsäure durch eine einfache Solvothermalmethode synthetisiert und als wirksamer Katalysator für die Biodieselproduktion aus Ölsäure und Palmitinsäure mittels Veresterungsreaktion eingesetzt. Der hergestellte Katalysator wurde durch XRD, FTIR, TGA, DSC, BET, SEM, TEM, ICP-OES, Röntgenkartierung und EDX-Analyse charakterisiert. Der resultierende Mo-MOF-Katalysator weist eine stäbchenförmige Morphologie, eine spezifische Oberfläche von 56 m2/g und eine thermische Stabilität bis 300 °C auf. Der feste Katalysator zeigte hohe Aktivitäten bei der Veresterung von Ölsäure und Palmitinsäure. Darüber hinaus konnte der Katalysator einfach zurückgewonnen und mehrfach ohne nennenswerten Aktivitätsverlust effizient wiederverwendet werden. Die erzielten Ergebnisse zeigten auch, dass Metall-organische Gerüste für die geeignete und schnelle Biodieselproduktion verwendet werden können.

Aufgrund der zunehmenden Umweltverschmutzung und der durch fossile Brennstoffe verursachten globalen Erwärmung streben viele Studien nach der Entwicklung erneuerbarer Energietechnologien. In diesem Zusammenhang wird davon ausgegangen, dass Biodiesel aufgrund seiner hohen Oktanzahl4 und seiner niedrigen Viskosität5 das größte Potenzial zur Reduzierung von Feinstaub1, CO22 und Treibhausgasemissionen3 hat, was ihn zu einer vielversprechenden und wirtschaftlich machbaren Alternative zu herkömmlichen fossilen Kraftstoffen6 macht. Biodiesel ist eine erneuerbare Energie, die durch Umesterung von Triglyceriden in Biomasseöl (wie Pflanzenöl und tierischem Fett) mit Methanol hergestellt werden kann7. Herkömmliche Verfahren zur Herstellung von Biodiesel nutzen homogene Bedingungen in Gegenwart von Basen oder einem Säurekatalysator wie Schwefelsäure und Natriumhydroxid8. Diese homogenen Systeme leiden unter Einschränkungen wie Korrosion von Reaktoren, schwieriger Rückgewinnung und Recyclingfähigkeit des Katalysators sowie Umweltverschmutzung9,10. In diesem Zusammenhang bieten heterogene Katalysatoren gegenüber homogenen Katalysatoren weitere Vorteile, z. B. recycelbar10,11, einfacherer Trenn-Reinigungsprozess12, hohe Glycerinreinheit13 und nicht korrosiv14. Bisher wurden zahlreiche feste Säure- und Basenkatalysatoren mit einstellbaren Struktur- und Oberflächenfunktionalitäten angeboten, und viele von ihnen weisen eine hohe katalytische Aktivität für die Biodieselproduktionsausbeute auf. Heterogene feste Basenkatalysatoren liefern unter milderen Reaktionsbedingungen normalerweise höhere Geschwindigkeiten als saure Gegenstücke. Aufgrund von Nebenreaktionen wie Verseifung und Hydrolyse können sie jedoch nicht direkt für Öle mit mehr als 2 Gew.-% FFA eingesetzt werden und verringern sowohl die Katalysatoraktivität als auch die Esterausbeute15. Daher werden feste Säurekatalysatoren eingesetzt, wenn es um minderwertige oder nicht essbare Pflanzenöle geht, die erhebliche Mengen an FFAs und Wasser enthalten15. Molybdänverbindungen gelten als vielseitige Katalysatoren, da dieses Metall in verschiedenen Oxidationsstufen von Mo6+ bis metallischem Mo (Mo0)16 auf der festen Oberfläche vorliegen kann.

Wasserfreies Natriummolybdat17, Bulk-MoO318, Siliciumdioxid MoO3/B-ZSM-519-Molybdän auf Aluminiumoxid20, Siliciumdioxid, Siliciumdioxid-Aluminiumoxid und Titandioxid21,22 sowie Kohlenstoff23 wurden als Veresterungs- und Umesterungskatalysatoren für die Biodieselproduktion aus mehreren Ölen verwendet. einschließlich Altöl. Gandía et al. beschrieben die Anwendung von massivem und Al2O3-gestütztem Molybdänoxid zur Herstellung von Biodiesel aus Öl. Kontrollexperimente zeigten, dass MoO3 in großen Mengen sowohl für Umesterungs- als auch für Veresterungsreaktionen sehr aktiv ist, jedoch unter einer starken Molybdänauswaschung im Reaktionsmedium litt.

Im Vergleich zu massivem MoO3 führt Aluminiumoxid-gestütztes MoO3 zu einer effizienteren Nutzung der aktiven Phase und einer erhöhten Stabilität gegenüber der Molybdänauswaschung durch das Reaktionsmedium24. In dieser Studie haben wir ein neuartiges MOF als hocheffizienten trennbaren Katalysator für die Biodieselproduktion aus Ölsäure und Palmitinsäure über eine Veresterungsreaktion vorgestellt. In den letzten Jahren haben metallorganische Gerüste (MOFs) aufgrund ihrer wichtigen Eigenschaften wie kontrollierbarer Zusammensetzung25, großer Oberfläche26,27, thermischer Stabilität28, Flexibilität und einfacher Herstellung29 zunehmend Aufmerksamkeit erregt. MOFs werden aus SBU aufgebaut, die durch organische Linker verbunden sind, um ausgedehnte Koordinationsnetzwerke zu bilden. Die in MOFs häufig verwendeten Linker sind starre organische Chelatoren wie Aminosäure-, Terephthalsäure- und Polycarboxylatliganden. Viele Faktoren beeinflussen die Aktivität von MOFs, wie zum Beispiel der organische Ligand, der Lösungsmitteltyp, die Partikelgröße und die Metallsorte. Metall-organische Gerüste (MOFs), sogenannte Koordinationspolymere, werden von vielen Forschern für fortgeschrittene Anwendungen untersucht, darunter Katalyse30,31,32, Trennung33,34, Gasspeicherung35, Kohlendioxidabscheidung36. MOFs zeichnen sich vor allem durch ihre anpassbaren Nanostrukturen und porösen Eigenschaften aus. Als guter Träger verfügt MOF jedoch auch über eine inhärente katalytische Leistung. Darüber hinaus weisen die MOF-basierten funktionellen katalytischen Materialien großes Potenzial für die Biodieselproduktion und andere relevante Bioraffinerien auf. In Tabelle 1 wurden typische heterogene bifunktionelle Katalysatoren zum Vergleich mit MOF-basierten bifunktionellen Katalysatoren für die Biodieselproduktion ausgewählt. Diese Studien ergaben, dass das MOF mit Aminogruppen (Brønsted-Base) eine höhere katalytische Aktivität und mildere Bedingungen für die Biodieselproduktion aufwies als ein anderer heterogener Säure-Base-Katalysator (Tabelle 1).

Nach unserem besten Wissen gibt es nur wenige Veröffentlichungen, die sich auf die Herstellung von Mo-MOFs beziehen47,48,49,50,51,52. In dieser Studie wurde die katalytische Leistung eines metallorganischen Gerüsts auf Basis von Molybdän und Piperidin-4-carbonsäure bei der Biodieselproduktion durch die Veresterung von Ölsäure und Palmitinsäure mit Methanol genutzt (Abb. 1).

Die Anwendung eines metallorganischen Gerüsts für die Biodieselproduktion.

Die Struktur eines Netzwerks wird von mehreren Faktoren wie Bausteinen, Lösungsmittel, Temperatur, pH-Wert usw. beeinflusst. Außerdem hängt seine Topologie hauptsächlich von der Konnektivität und Symmetrie der Metallionen (oder Metallcluster) und organischen Knoten ab. Wir finden die Stab-MOF-Topologie [Stab-MOFs sind Metall-organische Gerüste, in denen die metallhaltigen Sekundärbaueinheiten aus unendlichen Stäben verknüpfter metallzentrierter Polyeder bestehen], nach dem vorliegenden Ansatz sind die Metallionen mit dem Gerüst verbunden durch die organischen SGEs (Schema 1).

Die topologische Struktur von Mo-MOF.

Mo-MOF wurde hergestellt, indem Na2MoO4 mit 4-Piperidincarbonsäure (Molverhältnis M:L 2:1) in 20 ml DMF/H2O (18:2; Vol./Vol.) gemischt und dann 30 Minuten lang magnetisch bei 200 U/min gerührt wurde min bei Zimmertemperatur. Anschließend wurde die Mischung in einen mit Teflon ausgekleideten Edelstahlautoklaven überführt und 24 Stunden lang isotherm auf 170 °C erhitzt. Danach wurde der Autoklav allmählich auf Raumtemperatur abgekühlt. Schließlich wurde der resultierende braune Kristall durch Vakuumfiltration filtriert, gefolgt von Waschen mit Ethylacetat und 6 Stunden lang bei 60 °C im Vakuumofen getrocknet (Schema 1).

Die katalytische Aktivität von Mo-MOF wurde für Veresterungsreaktionen von Ölsäure und Palmitinsäure durch Mischen von Öl (1 Mol), Methanol (13 Mol) und MOF (300 mg) in einem Rundkolben bewertet. Die Mischung wurde 4 Stunden lang auf 60 °C erhitzt. Nach Abschluss der Reaktion wurde der Katalysator durch Zentrifugen (5000 U/min) abgetrennt und das überschüssige Methanol aus der oberen flüssigen Phase mittels Rotationsverdampfung vollständig entfernt. Die extrahierte organische Phase wurde weiter mit destilliertem Wasser gewaschen, um die restlichen Verunreinigungen durch Dekantieren zu entfernen, und mit wasserfreiem Na2SO4 getrocknet.

Das katalytische System wurde mittels FTIR, XRD, BET, SEM, TEM, EDX, ICP-OES, TGA, DSC und EDS-Elementarkartierung untersucht. Darüber hinaus wurde die Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (FT-IR) für die quantitative Analyse von Mo-basierten Metall-organischen Gerüsten eingeführt. Abbildung 2 zeigt die FT-IR-Spektren von Na2MoO4. 2H2O (a), 4-Piperidincarbonsäure (b), Mo-basiertes metallorganisches Gerüst (c). Das FT-IR-Spektrum von 4-Piperidincarbonsäure zeigte zwei Peaks bei 3525 und 3450 cm−1, die Streckschwingungen von –OH- ​​bzw. –NH-Gruppen entsprachen. Der Peak bei 1645 cm−1 wurde der Carboxylgruppe (-COO) von Piperidin zugeschrieben. Die Peaks bei 2854 und 2967 cm−1 entsprechen der –C–H-Streckung der Methylengruppe. Der starke Peak der C-N-Streckung wurde bei 1406 cm-1 beobachtet. Darüber hinaus wurden bei 970 bzw. 686 cm−1 eine -OH-Biegung und eine -N-H-Wechselbewegung des sekundären Amins beobachtet (Abb. 2a). Die Streckschwingung von Abb. 2b wurde als starke Mo-O-Streckung in den [MoO4]2−-Tetraedern bei 824–634 cm-1 und zusätzlichen schwachen Peaks der Mo-O-Biegemode um 500 cm-1 nachgewiesen. Darüber hinaus ist die Bande bei 3439 cm−1 charakteristisch für die Streckungsmoden der O-H-Bindung von Na2MoO4. 2H2O. Es kann beobachtet werden, dass die Carbonsäuregruppe (−COO) der Piperidincarbonsäure im Mo-basierten Metall-organischen Gerüst bei 1606 cm−1 verschwunden ist, was darauf hinweist, dass die Bindung der Carbonsäuregruppe (−COO) an das Metall erfolgt (Abb. 2c). Es ist erwähnenswert, dass die C-N-Streckbande, die im Spektrum von 4-Piperidincarbonsäure bei 1406 cm-1 vorhanden war, im Spektrum des Mo-basierten metallorganischen Gerüsts fehlt (Abb. 2c). .

FT-IR-Spektren von 4-Piperidincarbonsäure (a) Na2MoO4·2H2O (b) Mo-basiertes metallorganisches Gerüst, vor der Gewinnung (c) Mo-basiertes metallorganisches Gerüst, nach der Gewinnung (d).

Zur Bestimmung der chemischen Zusammensetzung und Kristallstruktur der typischen synthetisierten Produkte wurde Pulverröntgenbeugung eingesetzt. Offensichtlich weist Mo-MOF eine Reihe scharfer Peaks auf, was auf eine gute Kristallisation hinweist. Die charakteristischen Peaks liegen bei 28,17, 33,12, 49,37, 52,7, 57,2, 65,17 und 68,2 und sind mit der repräsentativen Referenz 47,48 identisch (Abb. 3). Alle diese Eigenschaften weisen darauf hin, dass Mo-MOF erfolgreich synthetisiert wurde.

XRD-Muster eines Mo-basierten Metall-organischen Gerüsts (MOF).

Abbildung 4 zeigt die Röntgenkartierung und EDX-Analyse von Mo-MOF. Das EDX-Spektrum gibt den Prozentsatz der Indexelemente in Mo-MOF an (C = 9,38 %, N = 4,14 %, O = 43,61 % und Mo = 42,87 %). Die Kartierungsanalyse zeigt das Vorkommen von Mo als metallischen und C, N, O als nichtmetallischen Bestandteilen, die innerhalb des metallorganischen Gerüsts (MOF) homogen verteilt sind.

Röntgenkartierungsanalyse und EDX-Spektren für Mo-MOF.

Die Morphologien von Mo-MOF werden durch Rasterelektronenmikroskopie überwacht. Die REM-Bilder (Abb. 5) zeigten, dass die Morphologie des Produkts eine stäbchenförmige Struktur mit einer klar definierten Ebene in Querrichtung bei etwa 500 nm–2 µm aufwies. Der Einschub in Abb. 5a zeigt die Kante eines Balkens mit der typischen Spaltung für monokline Strukturen (Einschub Abb. 5a).

REM-Bilder des Mo-Metall-organischen Gerüsts (MOF).

Die Struktur und Morphologie des Mo-Metall-organischen Gerüsts (MOF) wurde mit TEM untersucht. Abbildung 6 zeigt, dass die Partikel eine nanostäbchenartige Struktur haben.

TEM-Bilder des Mo-Metall-organischen Gerüsts (MOF).

TGA (Thermogravimetrische Analyse) wurde durchgeführt, um die thermische Stabilität der synthetisierten Materialien zu untersuchen, und zwar von Raumtemperatur bis 1000 K unter Verwendung eines TGA-Analysators mit einer Heizrate von 10 K/min unter Luftatmosphäre (Abb. 7). . Das Ergebnis zeigte eine thermodynamische Stabilität der Materialien bis 300 °C. Der Gewichtsverlust wurde in zwei Schritten beobachtet: Der erste Gewichtsverlust (3 %) trat im Bereich von 100 °C auf und war auf den Verlust physikalisch adsorbierter H2O-Moleküle und organischer Lösungsmittel zurückzuführen. Der zweite Gewichtsverlust (19 %) zwischen 330 und 600 °C entspricht der Zersetzung der organischen Spezies. Das DSC zeigt zwei Endothermen bei 270 und 330 °C, was der sukzessiven Freisetzung von Wasser- und DMF-Molekülen aus den Wirtskanälen entspricht. Die DSC-Analyse zeigt auch eine Exothermie nach vollständigem Verlust funktioneller Gruppen von Gastmolekülen und Koordinationsmodi bei etwa 420 °C, was zeigt, dass die Verbindung eine Phasenumwandlung durchläuft.

TGA des Mo-Metall-organischen Gerüsts (MOF).

Die Textur und Porosität des Mo-MOF wurde durch Messung der Stickstoffadsorptionsisotherme quantifiziert (Abb. 8). Die Ergebnisse zeigen, dass gemäß der IUPAC-Klassifizierung der Adsorptionsisothermen die N2-Isotherme dem Typ III mit scharfer Adsorptionskapazität ähnelt, während sie auf das Vorhandensein breiterer Porengrößenverteilungen, engerer Mesoporen und breiterer Mikroporen hinweist. Nach der Brunauer-Emmett-Teller-Methode (BET) wurden die spezifische Oberfläche und das Porenvolumen auf 56 m2g−1 und 12,98 cm3g−1 geschätzt. Die BJH-Porengrößenberechnungen unter Verwendung des Adsorptionszweigs der Stickstoffisotherme zeigen einen Mikroporenpeak bei etwa 1,66 nm Durchmesser für Mo-MOF (Abb. 9).

Stickstoffadsorptions-Desorptions-Isothermen von Mo-MOF.

BJH-Porengrößenverteilung für Mo-MOF.

In dieser Studie wurden die katalytischen Eigenschaften der untersuchten Mo-MOF-Systeme durch die Veresterung von Ölsäure und Palmitinsäure mit Methanol untersucht. Die Biodieselproduktion wurde unter Verwendung von Mo-MOF als Katalysator (100–300 mg) und verschiedenen Molverhältnissen von Ölsäure/Alkohol bei verschiedenen Temperaturen optimiert. Den erhaltenen Ergebnissen zufolge nahm die Ausbeute der Reaktion mit abnehmender Katalysatormenge ab. Dies kann auf die Verringerung der gesamten für Adsorbate verfügbaren Sorptionsoberfläche infolge der Überlappung aktiver Stellen zurückzuführen sein. Nach diesen Ergebnissen wurde die maximale Biodieselproduktion durch 300 mg Katalysator erreicht. Bei einer Temperatur von 60 °C wurde eine maximale Umwandlung von 95 % (Öl zu Ester) erreicht. Das Molverhältnis zwischen Methanol und Öl wurde in dieser Studie für den Abschluss des Veresterungsprozesses mit 13:1 angenommen (Tabelle 2).

Die physikalisch-chemischen Eigenschaften des Biodiesels, wie Dichte, Viskosität, Flammpunkt, Stockpunkte und Asche, wurden gemäß den Standard-ASTM-Methoden bestimmt. Der resultierende Biodiesel war rein und zeigte hervorragende physikalische und chemische Eigenschaften, die internationalen Standards entsprachen. Die kinematische Viskosität ist sowohl Kaltfließfähigkeit als auch kritische Eigenschaft eines Öls zur Verwendung in Kompressionsmotoren und stellt den Grad des Strömungswiderstands dar, den die Flüssigkeit bietet. Die Viskosität von Biodiesel sollte im Bereich von 1,9–6,0 mm2/s liegen. Die kinematische Viskosität von Biodieseln aus Palmitinsäure und Ölsäure wird mit 3,9 bzw. 4,06 °C berechnet, was darauf hindeutet, dass diese Parameter den entsprechenden Standard von ASTM D445 erfüllen. Der Flammpunkt ist die niedrigste Temperatur, bei der eine Flüssigkeit nahe der Flüssigkeitsoberfläche mit Luft ein zündfähiges Gemisch bilden kann. Aus Tabelle 3 geht hervor, dass der Flammpunkt von Biodieseln aus Palmitinsäure und Ölsäure 140 bzw. 160 °C beträgt, was mit ASTM D92 übereinstimmt. Der Stockpunkt stellt die niedrigste Temperatur dar, bei der eine Flüssigkeit zu fließen beginnt. Der Stockpunkt von Biodieseln aus Palmitinsäure und Ölsäure wird mit 12 bzw. −3 °C berechnet, was mit ASTM D97 übereinstimmt. Der Trübungspunkt ist die Temperatur, bei der sich beim Abkühlen einer Flüssigkeit Wachskristalle zu bilden beginnen. Der Trübungspunkt des Biodiesels aus Palmitinsäure und Ölsäure betrug 17 bzw. −1 °C. Die Trübungspunkte von Biodieseln lagen nahezu im ASTM D2500-Standardbereich. Aschegehalt: Wenn organische Verbindungen bei hohen Temperaturen (500–600 °C) zersetzt werden, wird der verbleibende Rückstand als Asche bezeichnet. Die genehmigten Grenzwerte für Kohlenstoff- und Ascherückstände nach der Zündung von Biokraftstoffen liegen gemäß ASTM D-482 bei jeweils 0,01 Gew.-%. Die erhaltenen Ascherückstände des Biodiesels aus Palmitinsäure und Ölsäure lagen bei Verwendung von Mo-MOF zwischen 0,004 und 0,002 Gew.-%. Diese Werte sind vergleichsweise niedriger als bei Erdölkraftstoffen.

Um die Effizienz der katalytischen Aktivität von Mo-MOF zu zeigen, verglichen wir unsere Ergebnisse für die Veresterung der Ölsäurereaktion (siehe Tabelle 4). Es ist offensichtlich, dass unser Protokoll eine hervorragende katalytische Aktivität in Bezug auf die Produktausbeute zeigt.

Die Wiederverwendbarkeit erwies sich als ein sehr wichtiger Faktor zur Bestimmung der Robustheit eines heterogenen Feststoffkatalysators und seines kommerziellen Potenzials, insbesondere aus wirtschaftlicher und praktischer Sicht. Filtration und Zentrifugation sind zwei der Methoden, die traditionell im Labormaßstab eingesetzt werden, um die Handhabung, Trennung, Rückgewinnung und das Recycling heterogener Katalysatoren zu ermöglichen. Darüber hinaus eignen sich die MOFs häufig als hochgradig recycelbare Katalysatorsysteme mit einfacher und effizienter Rückgewinnung der Katalysatoren durch einfache Filtration oder Zentrifugation. In diesem Zusammenhang wurde die katalytische Stabilität von Mo-MOF durch die Veresterung von Ölsäure untersucht. Nach Abschluss der Reaktion wurde der Katalysator mittels Zentrifugation abgetrennt. Anschließend wurde es mit Methanol gewaschen und bei 80 °C vollständig getrocknet. Der getrocknete Katalysator wurde in der zweiten Reaktion unter optimalen Reaktionsbedingungen wiederverwendet (Abb. 10). Der Katalysator wurde vier Zyklen lang effizient recycelt und der Katalysator zeigte eine nahezu konstante Aktivität bei der Veresterung von Ölsäure (nach dem vierten Recycling wurden 92 % erreicht). Der zurückgewonnene Katalysator behielt nach vier Recyclingvorgängen seine ursprüngliche Gerüststruktur bei, wie durch die FT-IR-Technik nachgewiesen wurde. Das FT-IR-Spektrum des gewonnenen Mo-MOF zeigt, dass dieser Katalysator ohne Änderung seiner Struktur recycelt werden kann (Abb. 2d). Darüber hinaus wurde auch die Art des Katalysators bestimmt, indem die Auslaugung der Molybdänspezies mithilfe der ICP-AES-Analyse untersucht wurde. Die ICP-OES-Analyse zeigte eine sehr geringe Auslaugung von Molybdänspezies bei der Wiederverwendung. Basierend auf den Ergebnissen der ICP-OES-Analyse betrug die Molybdänmenge im frischen Katalysator und im zurückgewonnenen Katalysator nach vier Durchläufen 0,077 mol g-1 bzw. 0,072 mol g-1, was diese Beobachtung auf die starken Wechselwirkungen zurückführte Heteroatome in der Piperidin-4-carbonsäure mit Molybdän. Darüber hinaus bestätigten die Ergebnisse die heterogene Natur der Katalyse.

Recyclingfähigkeit von Mo-MOF bei der Veresterung von Ölsäure mit Methanol.

Zusammenfassend wurde ein neuartiges Mo-MOF durch die Solvothermalmethode hergestellt. Strukturmerkmale des Materials wurden durch verschiedene Analysetechniken wie XRD, FTIR, TGA, DSC, BET, SEM, TEM, ICP-OES, Röntgenkartierung und EDX-Analyse ermittelt. Interessanterweise zeigt der erhaltene feste Katalysator eine höhere katalytische Aktivität bei der Veresterung von Ölsäure und Palmitinsäure mit Methanol. Die einflussreichen Reaktionsparameter, einschließlich Methanol/Öl-Molverhältnis, Temperatur und Katalysatormenge, werden optimiert. Die physikalisch-chemischen Eigenschaften des Biodiesels, wie Dichte, Viskosität, Flammpunkt, Stockpunkte und Asche, wurden gemäß den Standard-ASTM-Methoden bestimmt. Kontrollexperimente zeigten, dass die Kraftstoffeigenschaften des aufbereiteten Biodiesels den internationalen Biodieselstandards entsprechen. Darüber hinaus konnte der Katalysator ohne nennenswerten Aktivitätsverlust einfach zurückgewonnen und mehrmals effizient wiederverwendet werden. Die erzielten Ergebnisse zeigten außerdem, dass dieses metallorganische Gerüst für die geeignete und schnelle Biodieselproduktion verwendet werden kann. Mit dieser Strategie kann ein Feststoffkatalysator mit Zugänglichkeit des katalytischen Zentrums hergestellt werden, der eine gute Anwendungszukunft im Bereich der grünen Chemie hat.

Kegl, B. Potenzial zur Reduzierung der NOx- und Feinstaubemissionen (PM) durch die Verwendung von Biodiesel. Energie. Kraftstoffe. 21, 3310–3316 (2007).

Artikel CAS Google Scholar

Thiyagarajan, S., Geo, VE, Martin, LJ & Nagalingam, B. Vergleichende Analyse verschiedener Methoden zur Reduzierung der CO2-Emissionen in einem mit Biodiesel betriebenen CI-Motor. Kraftstoff 253, 146–158 (2019).

Artikel CAS Google Scholar

Esteves, EMM, Esteves, VPP, Bungenstab, DJ, Araújo, ODQF & Morgado, CDRV Treibhausgasemissionen im Zusammenhang mit Biodiesel aus dem traditionellen Sojaanbau im Vergleich zu integrierten Pflanzen-Vieh-Systemen. J. Sauber. Prod. 179, 81–92 (2018).

Artikel CAS Google Scholar

Han, WQ & Yao, CD Forschung zu Kraftstoffen mit hoher Cetanzahl und hoher Oktanzahl und dem Mechanismus für ihre gemeinsame Oxidation und Selbstentzündung. Kraftstoff 150, 29–40 (2015).

Artikel CAS Google Scholar

Knothe, G. & Steidley, KR Kinematische Viskosität von Biodieselkraftstoffkomponenten und verwandten Verbindungen: Einfluss der Verbindungsstruktur und Vergleich mit Petrodieselkraftstoffkomponenten. Kraftstoff 84, 1059–1065 (2005).

Artikel CAS Google Scholar

Mosarof, MH et al. Umsetzung von Palm-Biodiesel unter Berücksichtigung wirtschaftlicher Aspekte, Leistung, Emission und Verschleißeigenschaften. Energiewandler. Geschäftsführer 105, 617–629 (2015).

Artikel CAS Google Scholar

Gebremariam, SN & Marchetti, JM Biodieselproduktion durch schwefelsäurekatalysierte Umesterung von saurem Öl: Technoökonomische Machbarkeit verschiedener Prozessalternativen. Energiewandler. Geschäftsführer 174, 639–648 (2018).

Artikel CAS Google Scholar

Miceli, M., Frontera, P., Macario, A. & Malara, A. Rückgewinnung/Wiederverwendung heterogener Trägerkatalysatoren. Katalysatoren 11, 591 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

Chellapandi, T. & Madhumitha, G. Montmorillonit-Ton-basierter heterogener Katalysator für die Synthese von stickstoffheterocyclischen organischen Einheiten: Eine Übersicht. Mol. Taucher. 1, 1–29 (2021).

Google Scholar

Faruque, MO, Razzak, SA & Hossain, MM Anwendung heterogener Katalysatoren für die Biodieselproduktion aus Mikroalgenöl: Ein Überblick. Katalysatoren 10, 1025 (2020).

Artikel CAS Google Scholar

Kiss, AA, Omota, F., Dimian, AC & Rothenberg, G. Der heterogene Vorteil: Biodiesel durch katalytische Reaktivdestillation. Top-Katalysator. 40, 141–150 (2006).

Artikel CAS Google Scholar

Fadhel, AZ, Pollet, P., Liotta, CL & Eckert, CA Kombination der Vorteile der homogenen und heterogenen Katalyse mit einstellbaren Lösungsmitteln und nahezu kritischem Wasser. Molecules 15, 8400–8424 (2010).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Trindade, AF, Gois, PM & Afonso, CA Recycelbare stereoselektive Katalysatoren. Chem. Rev. 109, 418–514 (2009).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Ling, JSJ et al. Eine Übersicht über heterogene Katalysatoren auf Calciumoxidbasis aus Abfällen für die Biodieselsynthese. SN Appl. Wissenschaft. 1, 1–8 (2019).

Artikel CAS Google Scholar

Lunardi, VB et al. Effiziente einstufige Umwandlung eines minderwertigen Pflanzenöls in Biodiesel über ein metallorganisches Zinkcarboxylat-Gerüst. ACS Omega 6, 1834–1845 (2021).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Haber, J. Molybdänverbindungen in der heterogenen Katalyse. In Molybdenum: An Outline of its Chemistry and Uses (Hrsg. Braithwaite, ER & Haber, J.) 477–617 (Elsevier, 1994).

Kapitel Google Scholar

Nakagaki, S. et al. Verwendung von wasserfreiem Natriummolybdat als effizienter heterogener Katalysator für die Methanolyse von Sojaöl. Appl. Katal. A. 351, 267–274 (2008).

Artikel CAS Google Scholar

Ferreira Pinto, B. et al. Einfluss der Kalzinierungstemperatur auf die Anwendung des Molybdäntrioxid-Säurekatalysators: Screening von Substraten für die Biodieselproduktion. Kraftstoff 239, 290–296 (2019).

Artikel CAS Google Scholar

Mohebbi, S., Rostamizadeh, M. & Kahforoushan, D. Wirkung des Molybdän-Promotors auf die Leistung des MoO3/B-ZSM-5-Nanokatalysators mit hohem Siliciumdioxidgehalt in der Biodieselproduktion. Kraftstoff 266, 117063 (2020).

Artikel CAS Google Scholar

Sankaranarayanan, TM, Pandurangan, A., Banu, M. & Sivansanker, S. Umesterung von Sonnenblumenöl über MoO3 auf Aluminiumoxid. Appl. Katal. A. 409, 239–247 (2011).

Artikel CAS Google Scholar

Bail, A. et al. Untersuchung eines molybdänhaltigen Silica-Katalysators, der nach dem Sol-Gel-Verfahren in heterogenen katalytischen Veresterungsreaktionen mit Methanol und Ethanol synthetisiert wurde. Appl. Katal. B. 130, 314–324 (2013).

Artikel CAS Google Scholar

Sankaranarayanan, TM, Thirunavukkarasu, K., Banu, M., Pandurangan, K. & Sivansanker, S. Aktivität von geträgerten MoO3-Katalysatoren für die Umesterung von Sonnenblumenöl. Int. J. Adv. Ing. Wissenschaft. Appl. Mathematik. 5, 197–209 (2013).

Artikel Google Scholar

Mouat, AR et al. Reaktivität eines kohlenstoffgestützten Single-Site-Molybdändioxo-Katalysators für die Biodieselsynthese. ACS Catal. 6, 6762–6769 (2016).

Artikel CAS Google Scholar

Navajas, A. et al. Katalytische Leistung von massivem und Al2O3-gestütztem Molybdänoxid zur Herstellung von Biodiesel aus Öl mit hohem Gehalt an freien Fettsäuren. Katalysatoren 10, 158 (2020).

Artikel CAS Google Scholar

Feng, L., Wang, KY, Powell, J. & Zhou, HC Kontrollierbare Synthese metallorganischer Gerüste und ihrer hierarchischen Anordnungen. Gegenstand. 1, 801–824 (2019).

Artikel Google Scholar

Düren, T., Millange, F., Férey, G., Walton, KS & Snurr, RQ Berechnung geometrischer Oberflächen als Charakterisierungswerkzeug für metallorganische Gerüste. J. Phys. Chem. C. 111, 15350–15356 (2007).

Artikel CAS Google Scholar

Farha, OK et al. Entwerfen metallorganischer Gerüste mit größerer Oberfläche: Sind Dreifachbindungen besser als Phenyle? Marmelade. Chem. Soc. 134, 9860–9863 (2012).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Healy, C. et al. Die thermische Stabilität metallorganischer Gerüste. Koordin. Chem. Rev. 419, 213388 (2020).

Artikel CAS Google Scholar

Kaur, J. & Kaur, G. Übersicht über flexible metallorganische Gerüste. ChemistrySelect 6, 8227–8243 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

Ghorbani-Choghamarani, A., Taherinia, Z. & Mohammadi, M. Einfache Synthese von Fe3O4@ GlcA@ Ni-MOF-Verbundwerkstoffen als umweltfreundlicher Katalysator in organischen Reaktionen. Ca. Technol. Innov. Rev. 24, 102050 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

Ghorbani-Choghamarani, A. & Taherinia, Z. Fe3O4@ GlcA@ Cu-MOF: Ein magnetisches metallorganisches Gerüst als rückgewinnbarer Katalysator für die Hydratisierung von Nitrilen und die Reduktion von Isothiocyanaten, Isocyanaten und Isocyaniden. ACS Comb Sci. 22, 902–909 (2020).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Ghorbani-Choghamarani, A. & Taherinia, Z. Chirales Kobalt-Peptid-Metall-organisches Gerüst (Co-P-MOF): Als effizienter und wiederverwendbarer heterogener Katalysator für die asymmetrische sulfoxidative Kreuzkupplungsreaktion unter Verwendung von Polysulfinylpiperazin. Synth. Getroffen. 263, 116362 (2020).

Artikel CAS Google Scholar

Zhao, X., Wang, Y., Li, DS, Bu, X. & Feng, P. Metallorganische Gerüste für die Trennung. Adv. Mater. 30, 1705189 (2018).

Artikel CAS Google Scholar

Du, J. et al. HKUST-1 MOFs dekorierten 3D-Kupferschaum mit Superhydrophobie/Superoleophilie für eine dauerhafte Öl/Wasser-Trennung. Kolloide surfen. A. 573, 222–229 (2019).

Artikel CAS Google Scholar

Li, H. et al. Poröse metallorganische Gerüste für die Gasspeicherung und -trennung: Status und Herausforderungen. J. Energy Chem. 1, 100006 (2019).

Google Scholar

Qazvini, OT, Babarao, R. & Telfer, SG Selektive Abscheidung von Kohlendioxid aus Kohlenwasserstoffen mithilfe eines metallorganischen Gerüsts. Nat. Komm. 12, 1–8 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

Abou-Elyazed, AS, Ye, G., Sun, Y. & El-Nahas, AM Eine Reihe von UiO-66(Zr)-strukturierten Materialien mit Defekten als heterogene Katalysatoren für die Biodieselproduktion. Ind. Eng. Chem. Res. 58, 21961–21971 (2019).

Artikel CAS Google Scholar

Hassan, HMA, Betiha, MA, Mohamed, SK, ElSharkawy, EA & Ahmed, EA Salen-Zr(IV)-Komplex, gepfropft in aminmarkiertes MIL-101(Cr) als robuster multifunktionaler Katalysator für die Biodieselproduktion und organische Transformationsreaktionen. Appl. Surfen. Wissenschaft. 412, 394–404 (2017).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Xie, W. & Wan, F. Immobilisierung von sulfonierten ionischen Flüssigkeiten auf Polyoxometallatbasis auf metallorganischen UiO-66-2COOH-Gerüsten für die Biodieselproduktion durch Eintopf-Umesterung-Veresterung saurer Pflanzenöle. Chem. Ing. J. 365, 40–50 (2019).

Artikel CAS Google Scholar

Xie, W. & Wan, F. Basische ionische Flüssigkeit funktionalisierte magnetisch reagierende Fe3O4@ HKUST-1-Verbundwerkstoffe, die für die Biodieselproduktion verwendet werden. Kraftstoff 220, 248–256 (2018).

Artikel CAS Google Scholar

Xie, W. & Wang, H. Pfropfcopolymerisation einer dualen sauren ionischen Flüssigkeit auf magnetischem Siliciumdioxid mit Kern-Schale-Struktur: Ein magnetisch recycelbarer Brönsted-Säurekatalysator für die Biodieselproduktion durch Eintopftransformation minderwertiger Öle. Kraftstoff 283, 118893 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

Xie, W. & Wang, H. Immobilisierte polymere sulfonierte ionische Flüssigkeit auf Kern-Schale-strukturierten Fe3O4/SiO2-Verbundwerkstoffen: Ein magnetisch recycelbarer Katalysator für die gleichzeitige Umesterung und Veresterung von kostengünstigen Ölen zu Biodiesel. Erneuern. Energie. 145, 1709–1719 (2020).

Artikel CAS Google Scholar

Shokrani, R. & Haghighi, M. Texturelle Entwicklung von hierarchisch nanostrukturiertem ZSM-5 durch sono-hydrothermales Design durch verschiedene Kohlenstoffformen für eine effiziente Biodieselproduktion. Appl. Katal. B. 271, 118940 (2020).

Artikel CAS Google Scholar

Lee, HV, Juan, JC & Taufiq-Yap, YH Herstellung und Anwendung des binären Säure-Base-CaO-La2O3-Katalysators für die Biodieselproduktion. Erneuern. Energie. 74, 124–132 (2015).

Artikel CAS Google Scholar

Zhang, H. et al. Batch- und kontinuierliche Veresterung zur direkten Synthese von hochqualifiziertem Biodiesel aus Altspeiseölen (WCO) mit Amberlyst-15/Poly(vinylalkohol)-Membran als bifunktionellem Katalysator. Chem. Ing. J. 388, 124214 (2020).

Artikel CAS Google Scholar

Wang, Y.-T. et al. Einstufige Herstellung von Biodiesel aus Jatropha-Ölen mit hoher Säurezahl bei niedriger Temperatur durch magnetische amphotere Nanopartikel auf Säurebasis. Chem. Ing. J. 348, 929–939 (2018).

Artikel CAS Google Scholar

Zhang, F., Li, X., Yang, L., Zhang, Y. & Zhang, M. Ein metallorganisches Gerüst auf Mo-Basis zur Verbesserung der Flammhemmung und Rauchunterdrückung von Epoxidharz. Polym. Adv. Technol. 32, 3266–3277 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

Zhang, X., Li, D., Dong, C., Shi, J. & Mater. Heute Komm. 21, 100711 (2019).

Artikel CAS Google Scholar

Martían-Zarza, P., Arrieta, JM, Muñoz-Roca, MC & Gili, P. Synthese und Charakterisierung neuer Octamolybdate, die Imidazol, 1-Methyl- oder 2-Methylimidazol koordinativ an Molybdän gebunden enthalten. J. Chem. Soc. Dalton trans. 10, 1551 (1993).

Artikel Google Scholar

Du, J., Chai, J., Li, Q., Zhang, W. & Tang, B. Anwendung von zweidimensional geschichtetem Mo–MOF@ ppy mit hochvalentem Molybdän in Lithium-Ionen-Batterien. Kolloide surfen. Eine Physikochemie. Ing. Asp. 632, 127810 (2022).

Artikel CAS Google Scholar

Xu, J., Ji, Q., Yan, C3N4. Appl. Katal. B. 268, 118739 (2020).

Artikel CAS Google Scholar

Yao, MS et al. Regulierung des Gastransports in einer MO/MOF-Schnittstelle für eine verbesserte selektive Gasdetektion. J. Mater. Chem. A. 7, 18397–18403 (2019).

Artikel CAS Google Scholar

Zhang, Y., Wong, WT & Yung, KF Biodieselproduktion durch Veresterung von Ölsäure, katalysiert durch mit Chlorsulfonsäure modifiziertes Zirkonoxid. Appl. Energie. 116, 191–198 (2014).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Shu, Q. et al. Herstellung des F-SO42-/MWCNTs-Katalysators und kinetische Studien der Biodieselproduktion durch Veresterungsreaktion von Ölsäure und Methanol. Erneuern. Energie. 135, 836–845 (2019).

Artikel CAS Google Scholar

Li, Y., Hu, S., Cheng, J. & Lou, W. Durch saure ionische Flüssigkeiten katalysierte Veresterung von Ölsäure für die Biodieselsynthese. Kinn. J. Catal. 35, 396–406 (2014).

Artikel CAS Google Scholar

Wang, YT et al. Biodieselproduktion durch Veresterung von Ölsäure durch einen sulfonierten magnetischen Feststoffsäurekatalysator. Erneuern. Energie. 139, 688–695 (2019).

Artikel CAS Google Scholar

Gong, SW, Lu, J., Wang, HH, Liu, LJ & Zhang, Q. Biodieselproduktion durch Veresterung von Ölsäure, katalysiert durch Picolinsäure-modifizierte 12-Wolframphosphorsäure. Appl. Energie. 134, 283–289 (2014).

Artikel CAS Google Scholar

Referenzen herunterladen

Die Autoren danken den Forschungseinrichtungen der Bu-Ali Sina University und der Ilam University für die finanzielle Unterstützung dieses Forschungsprojekts.

Abteilung für Organische Chemie, Fakultät für Chemie, Bu-Ali Sina-Universität, Hamedan, 6517838683, Iran

Arash Ghorbani-Choghamarani

Fachbereich Chemie, Fakultät für Naturwissenschaften, Universität Ilam, Ilam, Iran

Zahra Taherinia & Yunes Abbasi Tyula

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

AG: Choghamarani: Finanzierungsakquise, Überwachung, Projektverwaltung, Konzeptualisierung, Ressourcen, Schreiben, Überprüfen und Redigieren. ZT: Methodik, Validierung, Untersuchung. YA: Schreiben – Originalentwurf.

Korrespondenz mit Arash Ghorbani-Choghamarani.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

Springer Nature bleibt neutral hinsichtlich der Zuständigkeitsansprüche in veröffentlichten Karten und institutionellen Zugehörigkeiten.

Open Access Dieser Artikel ist unter einer Creative Commons Attribution 4.0 International License lizenziert, die die Nutzung, Weitergabe, Anpassung, Verbreitung und Reproduktion in jedem Medium oder Format erlaubt, sofern Sie den/die ursprünglichen Autor(en) und die Quelle angemessen angeben. Geben Sie einen Link zur Creative Commons-Lizenz an und geben Sie an, ob Änderungen vorgenommen wurden. Die Bilder oder anderes Material Dritter in diesem Artikel sind in der Creative Commons-Lizenz des Artikels enthalten, sofern in der Quellenangabe für das Material nichts anderes angegeben ist. Wenn Material nicht in der Creative-Commons-Lizenz des Artikels enthalten ist und Ihre beabsichtigte Nutzung nicht durch gesetzliche Vorschriften zulässig ist oder über die zulässige Nutzung hinausgeht, müssen Sie die Genehmigung direkt vom Urheberrechtsinhaber einholen. Um eine Kopie dieser Lizenz anzuzeigen, besuchen Sie http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Nachdrucke und Genehmigungen

Ghorbani-Choghamarani, A., Taherinia, Z. & Tyula, YA Effiziente Biodieselproduktion aus Öl- und Palmitinsäure unter Verwendung eines neuartigen metallorganischen Molybdän-Gerüsts als effizienter und wiederverwendbarer Katalysator. Sci Rep 12, 10338 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-14341-4

Zitat herunterladen

Eingegangen: 20. März 2022

Angenommen: 06. Juni 2022

Veröffentlicht: 20. Juni 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-14341-4

Jeder, mit dem Sie den folgenden Link teilen, kann diesen Inhalt lesen:

Leider ist für diesen Artikel derzeit kein gemeinsam nutzbarer Link verfügbar.

Bereitgestellt von der Content-Sharing-Initiative Springer Nature SharedIt

Durch das Absenden eines Kommentars erklären Sie sich damit einverstanden, unsere Nutzungsbedingungen und Community-Richtlinien einzuhalten. Wenn Sie etwas als missbräuchlich empfinden oder etwas nicht unseren Bedingungen oder Richtlinien entspricht, kennzeichnen Sie es bitte als unangemessen.