محققان دانشگاه اراک نانوکاتالیستی غیرهمگن سنتز کرده‌اند که علی‌رغم فعالیت بالا، هزینه‌ی ساخت کمی دارد. در این طرح، محصول بیودیزل با راندمان بالا در حضور این کاتالیست، با ایجاد کمترین فاضلاب و بیشترین سازگاری زیست محیطی در مقایسه با فرایندهای صنعتی متعارف
اراک: تولید سوخت بیودیزل از روغن کتان با نانوکاتالیست غیرهمگن
در حال حاضر در صنعت، برای تهیه و تولید سوخت بیودیزل از کاتالیست‌های همگن بازی نظیر سود و یا پتاس استفاده می‌شود. سود و پتاس در محیط واکنش، حل شده و به همراه بیودیزل یک فاز تشکیل می‌دهد. لذا برای جداسازی کاتالیست از محصول باید بیودیزل را با حجم فراوانی از آب شستشو داد. این عملیات حجم زیادی فاضلاب تولید و به محیط زیست وارد می‌کند.
دکتر وحید مهدوی با بیان این که استفاده از کاتالیست‌های جامد غیر همگن در این فرایند، مشکل تولید فاضلاب را بر طرف خواهد کرد، افزود: «ما در این کار به تولید نانوکاتالیستی غیر همگن و بررسی عملکرد آن در واکنش تهیه‌ی بیودیزل از روغن کتان پرداختیم. هدف ما دستیابی به دانش ساخت کاتالیست غیر همگن با کارایی بالا و فعالیت مناسب، تعیین ترکیب درصد بهینه‌ی عناصر سازنده‌ی کاتالیست و تعیین شرایط بهینه‌ی عملکرد آن در فرایند تولید سوخت بیودیزل در فاز مایع و در فشار اتمسفری بود.»
نانوکاتالیست غیر همگن سنتز شده، به راحتی با استفاده از صافی از محصول واکنش جدا شده و پس از خشک کردن قابلیت آن را دارد که در چرخه‌های بعدی تولید مورد استفاده قرار گیرد.
به گفته‌ی مهدوی، روغن کتان که یک الکیل استر است، در حضور این نانوکاتالیست با اتانول وارد واکنش شده و به اتیل استر یا همان بیودیزل و محصول جانبی گلیسیرین تبدیل می‌شود. نکته‌ی جالب این است که در حضور نانوکاتالیست بهینه، درصد تبدیل واکنش بالای ۹۰ درصد است.
همانگونه که در بالا اشاره شد، محصول اصلی این واکنش بیودیزل است که می‌تواند به عنوان سوخت در موتورهای دیزلی مورد استفاده قرار بگیرد. این دسته از سوخت‌ها به دلیل تجدید پذیری منابع تولید، جایگزینی سریع مواد اولیه و سازگاری زیست محیطی اهمیت زیادی دارند. عمده‌ترین مزیت این سوخت‌ها در مقایسه با سوخت‌های مرسوم، قابلیت آن‌ها در کاهش آلودگی‌ها به واسطه عدم وجود سولفور و مقدار کمتر هیدروکربن‌های نسوخته است. وجود منابع متعدد جهت تولید بیودیزل، نظیر روغن‌های گیاهی و چربی‌های حیوانی و عدم نیاز به تغییر زیاد در ساختار موتورهایی که از این سوخت‌ها استفاده می‌کنند، از دیگر مزایای آن‌ها به شمار می‌رود.
همچنین گلیسرین که به عنوان محصول جانبی تولید می‌شود، در صنایع صابون سازی، تولید مواد غذایی و آرایشی و به عنوان ماده‌ی ضد یخ استفاده‌ی فراوانی دارد.
این نانوکاتالیست حاوی نانوذرات اکسید کلسیم – اکسید منیزیم بر بستر اکسید آلومینیوم است که به روش هم‌رسوبی تهیه شده است. باید دانست که اکسید کلسیم در مقایسه با اکسید منیزیم باز قوی‌تری است. اما از طرفی حلالیت اکسید کلسیم در اتانول یا متانول نسبت به اکسید منیزیم بیشتر است. بنابراین بخشی از اکسید کلسیم در الکل حل شده و به صورت کاتالیست همگن عمل می‌کند. جهت غلبه بر این مشکل، در این سیستم ترکیبی از باز قوی اکسید کلسیم و باز متوسط اکسید منیزیم بر روی پایه‌ی آلومینا تهیه شده است. آزمایش‌ها نشان داده که نسبت مولی معین از این دو اکسید بازی، منجر به تولید کاتالیستی مناسب با فعالیت بالا می‌شود. این در حالی است که به دلیل اثر متقابل قوی بین اکسید های بازی مورد نظر و سطح پایه، حلالیت این اکسیدها در محیط واکنش به مقدار قابل ملاحظه‌ای کاهش یافته است.
دکتر وحید مهدوی- عضو هیأت علمی دانشگاه اراک- و سید علی منجمی- دانشجوی دکترای شیمی فیزیک- در انجام این طرح همکاری داشته‌اند که نتایج آن در مجله‌ی Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers (جلد ۴۵، شماره ۵، سال ۲۰۱۴، صفحات ۲۲۸۶ تا ۲۲۹۲) چاپ شده است.
دکتر وحید مهدوی با بیان این که استفاده از کاتالیست‌های جامد غیر همگن در این فرایند، مشکل تولید فاضلاب را بر طرف خواهد کرد، افزود: «ما در این کار به تولید نانوکاتالیستی غیر همگن و بررسی عملکرد آن در واکنش تهیه‌ی بیودیزل از روغن کتان پرداختیم. هدف ما دستیابی به دانش ساخت کاتالیست غیر همگن با کارایی بالا و فعالیت مناسب، تعیین ترکیب درصد بهینه‌ی عناصر سازنده‌ی کاتالیست و تعیین شرایط بهینه‌ی عملکرد آن در فرایند تولید سوخت بیودیزل در فاز مایع و در فشار اتمسفری بود.»
نانوکاتالیست غیر همگن سنتز شده، به راحتی با استفاده از صافی از محصول واکنش جدا شده و پس از خشک کردن قابلیت آن را دارد که در چرخه‌های بعدی تولید مورد استفاده قرار گیرد.
به گفته‌ی مهدوی، روغن کتان که یک الکیل استر است، در حضور این نانوکاتالیست با اتانول وارد واکنش شده و به اتیل استر یا همان بیودیزل و محصول جانبی گلیسیرین تبدیل می‌شود. نکته‌ی جالب این است که در حضور نانوکاتالیست بهینه، درصد تبدیل واکنش بالای ۹۰ درصد است.
همانگونه که در بالا اشاره شد، محصول اصلی این واکنش بیودیزل است که می‌تواند به عنوان سوخت در موتورهای دیزلی مورد استفاده قرار بگیرد. این دسته از سوخت‌ها به دلیل تجدید پذیری منابع تولید، جایگزینی سریع مواد اولیه و سازگاری زیست محیطی اهمیت زیادی دارند. عمده‌ترین مزیت این سوخت‌ها در مقایسه با سوخت‌های مرسوم، قابلیت آن‌ها در کاهش آلودگی‌ها به واسطه عدم وجود سولفور و مقدار کمتر هیدروکربن‌های نسوخته است. وجود منابع متعدد جهت تولید بیودیزل، نظیر روغن‌های گیاهی و چربی‌های حیوانی و عدم نیاز به تغییر زیاد در ساختار موتورهایی که از این سوخت‌ها استفاده می‌کنند، از دیگر مزایای آن‌ها به شمار می‌رود.
همچنین گلیسرین که به عنوان محصول جانبی تولید می‌شود، در صنایع صابون سازی، تولید مواد غذایی و آرایشی و به عنوان ماده‌ی ضد یخ استفاده‌ی فراوانی دارد.
این نانوکاتالیست حاوی نانوذرات اکسید کلسیم – اکسید منیزیم بر بستر اکسید آلومینیوم است که به روش هم‌رسوبی تهیه شده است. باید دانست که اکسید کلسیم در مقایسه با اکسید منیزیم باز قوی‌تری است. اما از طرفی حلالیت اکسید کلسیم در اتانول یا متانول نسبت به اکسید منیزیم بیشتر است. بنابراین بخشی از اکسید کلسیم در الکل حل شده و به صورت کاتالیست همگن عمل می‌کند. جهت غلبه بر این مشکل، در این سیستم ترکیبی از باز قوی اکسید کلسیم و باز متوسط اکسید منیزیم بر روی پایه‌ی آلومینا تهیه شده است. آزمایش‌ها نشان داده که نسبت مولی معین از این دو اکسید بازی، منجر به تولید کاتالیستی مناسب با فعالیت بالا می‌شود. این در حالی است که به دلیل اثر متقابل قوی بین اکسید های بازی مورد نظر و سطح پایه، حلالیت این اکسیدها در محیط واکنش به مقدار قابل ملاحظه‌ای کاهش یافته است.
دکتر وحید مهدوی- عضو هیأت علمی دانشگاه اراک- و سید علی منجمی- دانشجوی دکترای شیمی فیزیک- در انجام این طرح همکاری داشته‌اند که نتایج آن در مجله‌ی Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers (جلد ۴۵، شماره ۵، سال ۲۰۱۴، صفحات ۲۲۸۶ تا ۲۲۹۲) چاپ شده است.
