Катализатор двойного действия превратит отработанное масло в биодизель

Катализатор двойного действия превратит отработанное масло в биодизель

Австралийские, китайские и британские химики научились получать биодизельное топливо из загрязненного масла в одну стадию. Они изготовили материал с двумя типами пор, внутри которых расположили два разных катализатора. Первый катализатор позволяет удалить из масла примесь жирных кислот, а второй катализирует реакцию получения биодизеля. В дальнейшем такую пористую матрицу можно будет использовать и для других многостадийных химических превращений с двумя разными катализаторами. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Catalysis.

Биодизельное топливо это смесь сложных эфиров различных жирных кислот, которые чаще всего получают переэтерификацией соответствующих триглицеридов (сложных эфиров жирных кислот и трехатомного спирта глицерина) с одноатомными спиртами. Источником триглицеридов служат различные масла и жиры — недавно для этих целей предложили использовать отработанное растительное масло, которое остается после готовки на частных кухнях и в ресторанах. Однако, у этого способа пока что есть существенный недостаток. Дело в том, что реакция переэтерификации триглицеридов проводят в присутствии щелочного катализатора, а отработанное масло содержит в себе примеси жирных кислот, которые отравляют такие катализаторы. Перед превращением в биодизельное топливо необходимо избавиться от примеси жирных кислот — чаще всего их превращают в триглицериды с помощью этерификации — поэтому весь процесс становится более сложным и дорогим.

Австралийские, китайские и британские химики под руководством Адама Ли (Adam F. Lee) из Мельнбурнского королевского технологического института разработали гибридный катализатор, который позволяет получать биодизель из отработанного масла без предварительной очистки. Основа такого катализатора — силикатная матрица с двумя видами пор: более крупные имеют диаметр от ста до пятисот нанометров, а мелкие от пяти до пятидесяти нанометров. Крупные поры изнутри покрывают оксидом и сульфатом циркония, который ускоряет этерификацию жирных кислот, а более мелкие — наночастицами оксида магния, которые ускоряют реакцию переэтерификации триглицеридов. Поры в материале расположены иерархически, то есть мелкие поры являются ответвлениями крупных. Таким образом, масло, состоящее из триглицеридов и жирных кислот попадает в крупную пору, где жирные кислоты превращаются в триглицериды. После этого триглицериды продвигаются дальше в более мелкие поры, где вступают в реакцию переэтерификации с образованием метиловых эфиров жирных кислот — основы биодизельного топлива.

Для изготовления катализатора Ли и его коллеги разработали изящную и несложную процедуру. Они приготовили жидкую смесь тетраметоксисидана, солей магния и поверхностно-активного вещества P123 и, затем добавили к ней твердые наночастицы полистирола и закристаллизовали материал при температуре 40 градусов Цельсия и пониженном давлении. В результате образовалась твердая силикатная матрица с включением крупных частиц полистирола и мелких пузырьков с солями магния в оболочке из P123. После этого частицы полистирола растворили в толуоле — так в материале образовались макропоры размером несколько сот нанометров. Затем макропоры покрыли изнутри катализатором на основе сульфата циркония. И наконец, полученный катализатор прокалили при температуре около 400 градусов Цельсия в атмосфере кислорода, чтобы удалить P123 — в результате в силикатном каркасе образовалось множество мелких мезопор, а соль магния превратилась в наночастицы оксида магния.

С помощью нового катализатора авторам работы удалось получить биодизель даже из отработанного масла, которое содержит 50 мольных процентов примеси жирных кислот (такое загрязненное масло ученым пришлось готовить специально, в реальности количество примесей редко бывает больше 20 процентов). Кроме того с помощью такого катализатора можно превратить бензальдегид в бензилиден цианоацетат.

В 2015 Ли и его коллеги уже использовали похожий катализатор с иерархическими порами для последовательного окисления коричного спирта до соответствующей кислоты — правда, тогда они еще не пришли к идее использования поверхностно-активных веществ для заполнения мезопор, поэтому получение катализатора отняло больше времени. В дальнейшем такую пористую матрицу можно будет использовать и для других двустадийных химических превращений с различными сочетаниями катализаторов. Ученые планируют масштабировать производство пористых катализаторов с помощью 3D-печати и сделать их коммерчески доступными уже в ближайшее время.

Над получением топлива из отходов сейчас работают многие научные группы. В октябре мы писали об английских и китайских химиках, которые научились получать из полиэтиленовых отходов водород с помощью микроволнового излучения.

Самые свежие новости медицины в нашей группе на Одноклассниках

Оставить комментарий

Вы можете использовать HTML тэги: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>