محققان دانشگاه فردوسی مشهد، جهت کاهش آلودگی‌های ناشی از سوخت‌های فسیلی، اقدام به سنتز سوخت بیودیزل از روغن سویا نمودند. آن‌ها نانوکاتالیستی را پیشنهاد داده‌اند که باعث سهولت و تسریع در فرایند سنتز می‌شود.
مشهد: سنتز سوخت بیودیزل از روغن سویا به وسیله امواج فراصوت
با توجه به کمبود منابع فسیلی و آلودگی ناشی از این سوخت‌ها، محققان به دنبال سوخت‌های جایگزین هستند. یکی از سوخت‌های مناسب، بیودیزل است که به عنوان جایگزینی برای گازوئیل شناخته شده است. این سوخت از واکنش روغن‌های گیاهی، حیوانی و روغن‌های پسماند خوراکی با الکل به دست می‌آید. تا به حال هزینه‌ی تولید سوخت بیودیزل با کاتالیست همگن در مقایسه با تولید سوخت دیزل زیاد بوده است. در این تحقیق تلاش شده با معرفی نوعی نانوکاتالیست غیرهمگن جامد، روشی جدید در سنتز بیودیزل ارایه شود.
در این طرح، روشی ساده، کم هزینه و سریع جهت سنتز بیودیزل تحت امواج فراصوت و با کمک نانوکاتالیست پتاسیم فلوئورید-گاما آلومینا (KF/γ-Al2O3)، به کار گرفته شده که مطابق با اصول شیمی سبز است. این سوخت از روغن سویا به دست آمده و ویژگی‌های مناسب سوخت را نیز دارد.
به گفته‌ی پروفسور محمد حسن انتظاری، از مزایای این نانوکاتالیست می‌توان به قیمت ارزان، جداسازی آسان از محصول، امکان بازیافت و قابلیت استفاده‌ی مجدد، عدم خوردگی سل واکنش و مخصوصاً عدم تبدیل آن به فرم صابونی اشاره کرد.
از طرفی امواج فراصوت بکار گرفته شده، با تشکیل قطرات امولسیونی بسیار کوچک، سطح تماس نانوکاتالیست و روغن را افزایش داده و سبب کوتاه‌تر شدن زمان واکنش می‌شود.
شایان ذکر است که ویژگی‌های شیمیایی و فیزیکی بیودیزل بسیار شبیه گازوئیل معمولی است. با این حال، جایگزینی این سوخت زیستی با گازوئیل می‌تواند منجر به کاهش محسوسی در میزان هیدروکربن نسوخته، مونو‌کسیدکربن و ذرات معلق خروجی از اگزوز گردد. همچنین به واسطه‌ی وجود اکسیژن در ساختمان بیودیزل، احتراق آن کامل است. همچنین عدم وجود ترکیبات سولفوری در آن از دیگر دلایل سازگاری این سوخت با محیط زیست به شمار می‌رود.
انتظاری در ادامه با اشاره به این مطلب که چندین کشور این سوخت را با استفاده از کاتالیست‌های همگن در مقیاس صنعتی تولید و در ناوگان حمل و نقل مورد استفاده قرار داده‌اند؛ ابراز امیدواری کرد: «با توجه به قیمت مقرون به صرفه‌تر این روش، امید می‌رود با استفاده از نانوکاتالیست غیرهمگن استفاده شده در این پروژه، سنتز بیودیزل در مقیاس صنعتی در کشور ما نیز صورت گیرد.»
در روند این مطالعه پس از سنتز نانوکاتالیست، ساختار آن با دستگاه‌های SEM، XRD، TGA، TEM و همچنین طیف‌سنجی FTIR مورد شناسایی قرارگرفت. در ادامه مخلوط روغن و متانول با نسبت‌های مولی معلوم در یک سل شیشه‌ای ریخته شد. پس از افزودن نانوکاتالیست، امواج فراصوت به نمونه اعمال گردید. بعد از کامل شدن واکنش، مخلوط واکنش صاف و کاتالیست بازیافت شده چندین بار مورد استفاده قرار گرفت. تبدیل روغن به بیودیزل با استفاده از اسپکتروسکوپی ۱H-NMR تأیید شده است. همچنین پارامترهای مختلفی همچون نسبت مولی روغن به متانول، قدرت امواج فراصوت، مقدار نانوکاتالیست، زمان واکنش و دما بر بازده واکنش مورد بررسی قرار گرفته است.
در این طرح، روشی ساده، کم هزینه و سریع جهت سنتز بیودیزل تحت امواج فراصوت و با کمک نانوکاتالیست پتاسیم فلوئورید-گاما آلومینا (KF/γ-Al2O3)، به کار گرفته شده که مطابق با اصول شیمی سبز است. این سوخت از روغن سویا به دست آمده و ویژگی‌های مناسب سوخت را نیز دارد.
به گفته‌ی پروفسور محمد حسن انتظاری، از مزایای این نانوکاتالیست می‌توان به قیمت ارزان، جداسازی آسان از محصول، امکان بازیافت و قابلیت استفاده‌ی مجدد، عدم خوردگی سل واکنش و مخصوصاً عدم تبدیل آن به فرم صابونی اشاره کرد.
از طرفی امواج فراصوت بکار گرفته شده، با تشکیل قطرات امولسیونی بسیار کوچک، سطح تماس نانوکاتالیست و روغن را افزایش داده و سبب کوتاه‌تر شدن زمان واکنش می‌شود.
شایان ذکر است که ویژگی‌های شیمیایی و فیزیکی بیودیزل بسیار شبیه گازوئیل معمولی است. با این حال، جایگزینی این سوخت زیستی با گازوئیل می‌تواند منجر به کاهش محسوسی در میزان هیدروکربن نسوخته، مونو‌کسیدکربن و ذرات معلق خروجی از اگزوز گردد. همچنین به واسطه‌ی وجود اکسیژن در ساختمان بیودیزل، احتراق آن کامل است. همچنین عدم وجود ترکیبات سولفوری در آن از دیگر دلایل سازگاری این سوخت با محیط زیست به شمار می‌رود.
انتظاری در ادامه با اشاره به این مطلب که چندین کشور این سوخت را با استفاده از کاتالیست‌های همگن در مقیاس صنعتی تولید و در ناوگان حمل و نقل مورد استفاده قرار داده‌اند؛ ابراز امیدواری کرد: «با توجه به قیمت مقرون به صرفه‌تر این روش، امید می‌رود با استفاده از نانوکاتالیست غیرهمگن استفاده شده در این پروژه، سنتز بیودیزل در مقیاس صنعتی در کشور ما نیز صورت گیرد.»
در روند این مطالعه پس از سنتز نانوکاتالیست، ساختار آن با دستگاه‌های SEM، XRD، TGA، TEM و همچنین طیف‌سنجی FTIR مورد شناسایی قرارگرفت. در ادامه مخلوط روغن و متانول با نسبت‌های مولی معلوم در یک سل شیشه‌ای ریخته شد. پس از افزودن نانوکاتالیست، امواج فراصوت به نمونه اعمال گردید. بعد از کامل شدن واکنش، مخلوط واکنش صاف و کاتالیست بازیافت شده چندین بار مورد استفاده قرار گرفت. تبدیل روغن به بیودیزل با استفاده از اسپکتروسکوپی ۱H-NMR تأیید شده است. همچنین پارامترهای مختلفی همچون نسبت مولی روغن به متانول، قدرت امواج فراصوت، مقدار نانوکاتالیست، زمان واکنش و دما بر بازده واکنش مورد بررسی قرار گرفته است.
سنتز بیودیزل تحت امواج فراصوت
پروفسور محمدحسن انتظاری، پروفسور الهه گوهرشادی- اعضای هیأت علمی دانشگاه فردوسی مشهد- و حسن شهرکی- دانشجوی دکترای شیمی فیزیک دانشگاه صنعتی اصفهان- در این طرح همکاری داشته‌اند. نتایج این تحقیقات در مجله‌ی Ultrasonics Sonochemistry (جلد ۲۳، شماره ۱، سال ۲۰۱۵، صفحات ۲۶۶ تا ۲۷۴) منتشر شده است.
