Ελληνικά
EnglishHomepage Slider
Είστε εδώ
Επίδραση του τύπου της αλκοόλης και του νερού
Επίδραση του τύπου της αλκοόλης στη μετεστεροποίηση
Εκτός από τη μεθανόλη, άλλες αλκοόλες που χρησιμοποιούνται στην όξινη καταλυτική (αλλά και στη βασική καταλυτική) μετεστεροποίηση είναι η αιθανόλη, η προπανόλη και η βουτανόλη. Η μεθανόλη και η αιθανόλη χρησιμοποιούνται πιο συχνά και στην εργαστηριακή έρευνα και στη βιομηχανία βιοντίζελ. Το χαμηλό κόστος αλλά και τα φυσικοχημικά της χαρακτηριστικά (δραστικό και μικρό μόριο) καθιστούν τη μεθανόλη ως την πρώτη επιλογή για την αντίδραση μετεστεροποίησης. Η αιθανόλη, από την άλλη μεριά, προέρχεται από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (γεωργικά προϊόντα) και αποτελεί μία πιο φιλική προς το περιβάλλον αλκοόλη σε σχέση με τη μεθανόλη. Κατά συνέπεια, η αιθανόλη αποτελεί την ιδανική επιλογή για τη σύνθεση ενός πλήρως βιολογικού καυσίμου. Η χρήση αλκοολών μεγαλύτερου μοριακού βάρους, όπως η βουτανόλη, επιφέρει κάποια ενδιαφέροντα πλεονεκτήματα. Η βουτανόλη έχει μεγαλύτερη διαλυτότητα στην πρώτη ύλη (λίπη και έλαια) σε σχέση με τις αλκοόλες μικρότερου μοριακού βάρους, συμβάλλοντας σε ένα λιγότερα έντονο αρχικό στάδιο μεταφοράς μάζας. Επιπλέον, τα υψηλότερα σημεία ζέσης των αλκοολών μεγαλύτερου μοριακού βάρους επιτρέπουν τη χρήση υψηλότερων θερμοκρασιών αντίδρασης διατηρώντας χαμηλές πιέσεις στο εσωτερικό του αντιδραστήρα, ιδιαίτερα στην όξινη καταλυτική μετεστεροποίηση όπου χρησιμοποιούνται μεγάλες περίσσειες αλκοόλης. Εντούτοις, μόνο ένας περιορισμένος αριθμός εργασιών έχει εξετάσει πραγματικά το θέμα των χαρακτηριστικών της αλκοόλης. Ερευνητές συνέκριναν γραμμικές αλκοόλες, από τη μεθανόλη έως τη βουτανόλη, για να επιλέξουν την καταλληλότερη για την μετεστεροποίηση των χρησιμοποιημένων λαδιών (τηγανελαίων). Οι αντιδράσεις πραγματοποιήθηκαν χρησιμοποιώντας 0,1 % κ.β. θειικό οξύ σε διάφορες θερμοκρασίες. Με τη βουτανόλη παρατηρήθηκαν οι υψηλότεροι ρυθμοί αντίδρασης και μεγαλύτερη μετατροπή, ακολούθησε η 1-προπανόλη και μετά η αιθανόλη. Οι όξινα καταλυόμενες αντιδράσεις που πραγματοποιήθηκαν με τη μεθανόλη αποδείχθηκαν ως οι πιο αργές. Το αντίστροφο συνέβη με τη βασικά καταλυόμενη διεργασία. Τα αποτελέσματα αυτά οδηγούν στο συμπέρασμα ότι η αρχική διαλυτότητα των αντιδραστηρίων ήταν κρισιμότερη στην όξινη κατάλυση απ’ ότι στη βασική κατάλυση.Επίδραση του νερού στη μετεστεροποίηση και την εστεροποίηση
Όπως έχει αναφερθεί, το κόστος παραγωγής του βιοντίζελ μπορεί να μειωθεί με τη χρησιμοποίηση χαμηλού ή και μηδενικού κόστους πρώτων υλών, οι οποίες, όμως, περιέχουν μεγάλες ποσότητες ελεύθερων λιπαρών οξέων και υγρασίας. Η όξινη κατάλυση θεωρείται, γενικά, πιο ανεκτική στην υγρασία και στα υψηλά ποσοστά οξύτητας στην πρώτη ύλη και, ως εκ τούτου, είναι καταλληλότερη για τα χαμηλής ποιότητας λίπη και έλαια. Σε μία προσπάθεια να ποσοτικοποιηθεί η επίδραση του νερού στην παρασκευή βιοντίζελ με καταλύτη θειικό οξύ, ερευνήθηκε η ευαισθησία των αντιδράσεων σχηματισμού εστέρων παρουσία νερού και οξύτητας στην περίπτωση του σογιέλαιου. Η παραγωγή εστέρων επηρεάσθηκε ακόμα και από μία μικρή συγκέντρωση νερού, 0,1 % κ.β., και εμποδίστηκε σχεδόν ολοκληρωτικά όταν η συγκέντρωση νερού έφθασε στο 5 % κ.β. Έτσι καθορίστηκε ότι η περιεκτικότητα σε νερό πρέπει να κρατηθεί κάτω από 0,5 % κ.β. για να επιτευχθεί 90% μετατροπή σε εστέρες στις συγκεκριμένες συνθήκες αντίδρασης. Επίσης, μελετήθηκε η επίδραση του νερού στον σχηματισμό μεθυλεστέρων από τη μετεστεροποίηση του ελαίου σιναπόσπορου με μεθανόλη χρησιμοποιώντας διάφορους καταλύτες. Οι αντιδράσεις διεξήχθησαν υπό τις ίδιες συνθήκες, εκτός από τις ποσότητες καταλυτών, οι οποίες ρυθμίστηκαν στο 1,5 % κ.β. NaOH και 3 % κ.β. H2SO4, και τον χρόνο αντίδρασης, ο οποίος ήταν 1 ώρα για τις αλκαλικά καταλυόμενες και 48 ώρες για τις όξινα καταλυόμενες αντιδράσεις. Από τις παραπάνω μελέτες διαπιστώθηκε ότι η συγκέντρωση του νερού ήταν κρισιμότερη στην όξινη κατάλυση απ’ ότι στη βασική κατάλυση. Στην όξινα καταλυόμενη μετεστεροποίηση η μετατροπή εστέρα μειώθηκε κατά 6 % όταν υπήρχε 5 % κ.β. νερό στο αρχικό αντιδρών μίγμα. Αντίθετα, η αλκαλικά καταλυόμενη μετεστεροποίηση επηρεάστηκε μόνο ελαφρώς από την παρουσία νερού και συγκεκριμένα για μία ισοδύναμη ποσότητα νερού στο αντιδρών μίγμα η μετατροπή εστέρα ήταν περίπου 70 %.
Τέλος, μελετήθηκε και η αντίδραση της εστεροποίησης των ελεύθερων λιπαρών οξέων. Όπως αναμενόταν, ο αλκαλικός καταλύτης οδήγησε στην πλήρη σαπωνοποίηση των ελεύθερων λιπαρών οξέων, ενώ η όξινα καταλυόμενη εστεροποίηση παρουσίασε άριστη ανοχή στο νερό, διατηρώντας μία σχεδόν σταθερή μετατροπή του εστέρα σε όλες τις προστιθέμενες ποσότητες νερού.
Άλλοι ερευνητές παρατήρησαν ότι η μετεστεροποίηση των εστέρων μικρής ανθρακικής αλυσίδας επιβραδύνεται από την παρουσία πολικών ενώσεων. Σύμφωνα με τα συμπεράσματά τους, κατά τη διάρκεια των όξινα καταλυόμενων αντιδράσεων αλκοόλυσης η παρουσία πολικών ενώσεων μειώνει σημαντικά τους ρυθμούς αντίδρασης. Την επιβραδυντική επίδραση απέδωσαν στο γεγονός ότι οι πολικές ενώσεις παρεμβαίνουν στην αντίδραση, δεσμεύοντας ιόντα υδρογόνου και εμποδίζοντας τη διαθεσιμότητα αυτών των ιόντων για κατάλυση. Το νερό, ως πολική ένωση, ενεργεί κατ’ αυτόν τον τρόπο στη μετεστεροποίηση των τριγλυκεριδίων. Έχοντας υπόψη την ισχυρή συγγένεια που έχει το θειικό οξύ με το νερό, είναι πιθανό ότι το οξύ θα αλληλεπιδράσει εντονότερα με τα μόρια του νερού παρά με τα μόρια της αλκοόλης. Κατά συνέπεια, εάν το νερό είναι παρόν στην πρώτη ύλη ή παράγεται κατά τη διάρκεια της αντίδρασης, ο όξινος καταλύτης θα δεσμευτεί κατά προτίμηση στο νερό, οδηγώντας σε έναν αντιστρέψιμο τύπο απενεργοποίησης του καταλύτη.
Επομένως, υπάρχουν δύο πτυχές που επιδρούν στη δυνατότητα πρόσβασης του καταλύτη στα μόρια των τριγλυκεριδίων. Η πρώτη έχει να κάνει με τον μακροσκοπικό διαχωρισμό φάσεων, που γίνεται αντιληπτός από το αρχικό ελέγχον στάδιο της μεταφοράς μάζας, το οποίο μπορεί να περιορίζει σοβαρά τον ρυθμό αντίδρασης. Μάλιστα, όταν χρησιμοποιούνται συνδιαλύτες, όπως το τετραϋδροφουράνιο (THF), για να αντιμετωπιστεί το πρόβλημα της μη αναμιξιμότητας, ο ρυθμός μεθανόλυσης αυξάνεται εντυπωσιακά. Η άλλη λιγότερο εμφανής πτυχή, που φαίνεται να έχει επιπτώσεις στην όξινη κατάλυση, είναι η επίδραση που έχει το νερό στη δραστικότητα του καταλύτη. Το νερό όχι μόνο μπορεί να δεσμεύσει τα όξινα ιόντα (H+) στο διάλυμα αποτελεσματικότερα από την αλκοόλη (δημιουργώντας μ’ αυτόν τον τρόπο ένα ασθενέστερο οξύ), αλλά καθώς αυξάνεται η συγκέντρωσή του, μπορεί να προκαλέσει τη δημιουργία πλούσιων υδάτινων στοιβάδων γύρω από τα πρωτόνια. Αυτά τα πρόσθετα μόρια του νερού γύρω από τον καταλύτη τον προστατεύσουν από τα υδροφοβικά μόρια τριγλυκεριδίων, εμποδίζοντας με αυτόν τον τρόπο την αντίδραση. Αξίζει να σημειωθεί πως η ενυδάτωση του όξινου καταλύτη έχει μία εντονότερη επίδραση στη μετεστεροποίηση απ’ ότι στην εστεροποίηση, λαμβάνοντας υπόψη τις μεγαλύτερες και πιο υδροφοβικές ενώσεις που εμπλέκονται στην μετεστεροποίηση (τριγλυκερίδια), Αντίθετα, οι πολικές καρβοξυλικές ομάδες των ελεύθερων λιπαρών οξέων και η ικανότητά τους να αλληλεπιδρούν μέσω δεσμών υδρογόνου με τα μόρια του νερού διευκολύνουν την αλληλεπίδραση ελεύθερων λιπαρών οξέων - καταλύτη και, συνεπώς, την εστεροποίηση.
Undefined
category:
Page Back
Κατασκευή Ιστοσελίδων GIM Greek Internet Marketing