Biyodizel üretiminde alümina destekli heterojen katalizör tasarımı ve reaksiyon çalışmaları

Abstract

Bu çalışmada, KF/Al2O3 bazik katı katalizörleri emdirme yöntemi ile hazırlanmış; BET, XRD ve Hammett titrasyon metodu ile karakterize edilmiştir. Katalitik performansları kesikli bir reaktörde kanola yağı ve metanolün transesterifikasyon reaksiyonunda test edilmiştir. Farklı potasyum bileşiklerinin Al2O3 içine yüklenmesinin, KF'nin Al2O3'e yükleme miktarının, kalsinasyon sıcaklığının, metanol/yağ molar oranının, reaksiyon sıcaklığının, katalizör miktarının, reaksiyon süresinin, katalizörün tekrar kullanımının, karıştırma hızının, alkol tipinin, yağ tipinin ve ortak çözücülerin metil ester verimi üzerine etkileri incelenmiştir. Sentezlenen katalizörlerin katalitik davranışları, Hammett metoduyla hesaplanan baziklikleriyle tamamen bağlantılıdır. Sentezlenen %35 KF/Al2O3 katı bazik katalizörü, kanola yağı ve metanolün transesterifikasyon reaksiyonunda metanol/yağ molar oranı 15/1, ağırlıkça %3 katalizör miktarı, 60oC sıcaklık ve 8 saatlik reaksiyon süresinin sonunda %99.6'luk en yüksek metil ester verimi ile en iyi katalitik aktiviteyi göstermiştir. En yüksek metil ester verimine sahip örneklerin yakıt özellikleri test edilmiş ve ASTM ve EN-14214 standartlarıyla mukayese edilmiştir. Sonuçlar, üretilen biyodizelin yakıt karakteristiklerinin standart limitleri içerisinde olduğunu göstermiştir. Yoğunluk (15°C, g/cm3), kinematik viskozite (40°C, mm2/s), parlama noktası (°C), %90 distilasyon sıcaklığı (°C), bakır şerit korozyon, setan indeksi, ester içeriği (ester verimi - %), akma noktası (°C), donma noktası (°C), asit değeri (mg KOH/g), toplam gliserol (%) ve serbest gliserol (%) sırasıyla 0.881, 4.44, 135.7, 363, No 1A, 62.8, 99.6, -10.0, -12.9, 0.72, 0.24 ve 0.02 olarak rapor edilmiştir. Bu sonuçlar üretilen biyodizelin alternatif bir dizel yakıtı olarak kullanılabileceğinin bir göstergesidir.

In this work, the KF/Al2O3 solid base catalysts were prepared by an impregnation method and characterized by means of BET, XRD and Hammett titration method. Their catalytic performances were tested in the transesterification of canola oil with methanol in a batch reactor. The effects of load different potassium compounds solution to Al2O3, the load ratio of KF on Al2O3, calcination temperature, molar ratio of methanol/oil, reaction temperature, amount of catalyst, reaction time, reuse of catalyst, mixing rate, type of alcohol, type of oil and co-solvent on ester yields were investigated. The catalytic behaviors of synthesized catalysts were correlated closely with their basicities as determined by the Hammett method. Synthesized %35 KF/Al2O3 solid base catalyst showed the best activity in the transesterification of canola oil with methanol gave the highest methyl ester yield of %99.6 using a methanol/oil molar ratio of 15/1, catalyst amount of wt.%3 at the end of the 8 hour reaction time at 60oC temperature. Samples which have the highest methyl ester yield were used to test fuel properties and results?s appropriateness to the standards as ASTM and EN-14214, were compared. Density (15°C, g/cm3), kinematic viscosity (40°C, mm2/s), flash point (°C), fuel distillation temperature (°C), copper strip corrosion, cetane index, ester yield (%), acid value (mg KOH/g), total glycerol (%), free glycerol (%) are respectively 0.881, 4.44, 135.7, 374, No 1A, 62.8, 95.58, 0.241, 0.021 have determined. These results supported that the produced biodiesel in this study, can be used as an alternative diesel fuel.