توليد سوخت سبز بيوديزل از روغن آفتابگردان با استفاده از نانوذرات K2O تثبيت شده بر روي بنتونيت به روش سونوشيمي

Production of Green Fuel Biodiesel from Sunflower Oil Using K2O Nanoparticles Sonochemically Immobilized over Bentonite

هدف از اين پژوهش تثبيت نانوذرات K2O بر خاك رس بنتونيت و ارزيابي و مقايسه عملكرد آن با نانوذرات K2O خالص براي بررسي نقش پايه معدني در توليد سوخت سبز بيوديزل است. بدين­ منظور، نانوكاتاليزور هتروژني K2O/Bentonite با بارگذاري 30% وزني هيدروكسيد پتاسيم بر پايه بنتونيت با استفاده از روش امواج فراصوت شيميايي تهيه و در واكنش تبادل استري روغن آفتاب­گردان استفاده شد و نتيجه آن با كاتاليزور هموژن KOH و نانوذرات K2O خالص به ­ترتيب براي ارزيابي عملكرد و بررسي اثر تثبيت مقايسه شد. خصوصيات فيزيكي و شيميايي نانوكاتاليزور كامپوزيتي تهيه ­شده با استفاده از آزمون­هايXRD ، FESEM،EDX ، BET و FTIR مورد بررسي قرار گرفت. نتايج حاصل از آزمون­ هاي خصوصيت ­سنجي حاكي از تهيه موفقيت­آميز نمونه K2O/Bentonite و خواص سطحي و ساختاري مناسب اين نمونه به­ منظور به­ كارگيري در فرايند تبادل استري روغن است. آزمون XRD تشكيل فاز كريستالي K2O در نمونه تهيه ­شده را تاييد كرد. تصاوير FESEM پوشيده­ شدن سطح بنتونيت از وجود نانوذرات كوچك K2O با توزيع اندازه و پراكندگي يكنواخت را نشان داد. نتايج آزمون EDX مؤيد حضور تمامي عناصر مورد استفاده و عدم وجود هر گونه ناخالصي در ساختار كاتاليزور بود. آزمون BET نشان داد كه نانوكامپوزيت تهيه ­شده داراي سطح ويژه‌ مناسبي است. نتايج عملكرد راكتوري نمونه ­ها در شرايط نسبت مولي متانول به روغن 12:1، مقدار كاتاليزور wt.% 3، دماي واكنش °C65 و زمان انجام واكنش h 3 بيانگر كارايي قابل قبول نانوكامپوزيت تهيه­شده با بازده توليد 95/17% در مقايسه با نمونه­ هاي K2O خالص و KOH به­ ترتيب با بازده­ هاي توليد 80/57% و 76/62% بود. كارايي بهتر را مي­توان به خواص سطحي و ساختاري بهبوديافته در نتيجه تثبيت ذرات فعال با به ­گارگيري انرژي فراصوت چون حفرات بزرگ، سطح ويژه نسبتاً بالا، شكل ظاهري يكنواخت، توزيع همگن ذرات پتاسيم، برهمكنش قوي ذرات پتاسيم با لايه­ هاي بنتونيت و نيز تشكيل گروه­ هاي Al-O-H نسبت داد. همچنين، ويژگي­ هاي بيوديزل توليدشده، مانند چگالي، گرانروي، نقطه ابري­شدن، نقطه ريزش، عدد اسيدي و عدد ستان اندازه­ گيري، با استانداردها مقايسه شدند.

The aims of this study were to immobilize K2O nanoparticles over bentonite clay; and evaluate and compare its performance with that of bare K2O nanoparticles in order to study the role of mineral support in the biodiesel production. For this purpose, a heterogeneous K2O/Bentonite nanocatalyst was sonochemichally prepared by loading 30 wt.% potassium hydroxide over bentonite and used in the transesterification reaction of sunflower oil. The obtained result was compared with homogeneous KOH catalyst and bare K2O. The physico-chemical properties of synthesized composite were investigated using XRD, FESEM, EDX, BET and FTIR analyzes. The results of the characterization analysis indicate the successful synthesis of the synthesized sample and suitable surface and structural properties of this sample for use in the transesterification process. XRD analysis confirmed the formation of the crystalline phase of K2O in the synthesized sample. FESEM images showed that the surface of bentonite has been covered by small K2O nanoparticles with uniform size distribution and dispersion. The results of EDX analysis confirmed the presence of all the elements used and there was no impurity in the catalyst structure. The catalytic results of the samples in operating conditions of methanol to oil molar ratio of 12:1, catalyst amount of 3 wt.%, reaction temperature of 65 C and reaction time of 3 h indicate acceptable efficiency of synthesized nanocomposite with production yield of 95.17% compared with K2O and KOH samples which had 80.57% and 76.62% production efficiencies, respectively. Also, biodiesel properties, were measured and compared to standards.