Name: Préparation assistée par ultrasons de produits biodiesel à partir d’huiles végétales (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-04-19T14:40:00.000+00:00
Duration: 4 min 40 s
Description: Découvrez la transestérification assistée par ultrasons pour produire du biodiesel à partir d'huiles végétales. Cette méthode rapide et sûre offre une pureté proche de 100% tout en respectant les principes de la chimie verte.

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Le travail a été soutenu par le fonds de démarrage de l’auteur YL et le prix d’amélioration de la pédagogie (PEA) de l’Université d’État de Californie, à Sacramento.

1. Source et préparation de l’huile
<ol><li>Ajoutez 2,0 ml de méthanol de qualité HPLC dans un tube à centrifuger de 15 ml. ATTENTION : Le méthanol est un liquide hautement inflammable. Il est toxique s’il est avalé, en contact avec la peau ou s’il est inhalé, et il cause des dommages aux yeux. Assurez-vous de porter un équipement de protection individuelle (EPI) lorsque vous travaillez avec du méthanol et utilisez-le dans la hotte.</li>
	<li>Ajoutez une pastille de KOH (~0,10 g) dans le tube à centrifuger et dissolvez le solide KOH à l’aide du nettoyeur à ultrasons (40 kHz) en allumant simplement l’ultrasonique. ATTENTION : KOH est nocif en cas d’ingestion. Il provoque de graves brûlures de la peau, des lésions oculaires et des lésions oculaires graves. Assurez-vous de porter un EPI lorsque vous travaillez avec cette substance. REMARQUE : Pour des résultats optimaux, placez le tube de centrifugation dans un bécher rempli d’eau, puis positionnez le bécher dans le bain à ultrasons. Cette configuration immergée garantit une exposition complète du mélange réactionnel à l’irradiation par ultrasons, maximisant ainsi son efficacité.</li>
</ol>2. Processus de transestérification
<ol><li>Ajouter 8,0 ml d’huile d’olive extra vierge dans le tube de centrifugation.</li>
	<li>Fermez et fermez bien le tube de centrifugation et secouez vigoureusement le tube de centrifugation pour mélanger l’huile et la solution de méthoxyde de potassium. REMARQUE : Gardez le capuchon de la centrifugeuse bien serré lorsque vous secouez le tube de centrifugation.</li>
	<li>Desserrez le capuchon et placez le tube à centrifuger dans le bain à ultrasons. Allumez le bain à ultrasons pendant 1 min.</li>
	<li>Après 1 première minute, fermez bien le bouchon de la centrifugeuse et secouez à nouveau vigoureusement le tube de centrifugation.</li>
	<li>Desserrez le capuchon et mettez le mélange réactionnel dans le bain à ultrasons pendant encore 14 min.</li>
	<li>Transférez le mélange réactionnel dans un entonnoir séparateur et égouttez la couche inférieure de glycérine.</li>
	<li>Laver la couche supérieure avec 15 mL de solution saturée de NaCl 3x, pour éliminer l’excès de méthanol et de catalyseur résiduel de l’ester. Assurez-vous que le pH du lavage final est neutre en testant avec un papier pH.</li>
	<li>Transférez la couche supérieure de biodiesel dans un flacon sec et propre, ajoutez du Na2SO4 anhydre dans le flacon, faites tourner le mélange et laissez reposer le mélange pendant environ 15 minutes jusqu’à ce que le biodiesel soit clair. Utiliser le produit de biodiesel transparent pour la caractérisation.</li>
</ol>3. Caractérisation du biodiesel
<ol><li>Analyse infrarouge à transformée de Fourier (FT-IR)<ol><li>Enregistrez les spectres FT-IR sur une large plage de 4000 à 400 cm-1. Mesurez chaque échantillon en co-ajoutant 16 balayages à une résolution de 4 cm-1. Effectuez une soustraction de l’arrière-plan en acquérant un spectre d’air frais avant chaque balayage d’échantillon. Il s’agit d’assurer une correction précise de la ligne de base et de minimiser la contamination de l’échantillon. Avant chaque nouvel échantillon, nettoyez la plaque ATR avec du méthanol puis séchez-la avec des lingettes non pelucheuses.</li>
	</ol></li>
	<li>Analyse par résonance magnétique nucléaire des protons (RMN 1H)<ol><li>Pour analyser la composition chimique du produit de biodiesel, enregistrez les spectres de résonance magnétique nucléaire (RMN) du biodiesel et de l’huile d’olive extra vierge sur un spectromètre RMN de 500 MHz à température ambiante. À l’aide d’une sonde à double gradient haute résolution de 5 mm, préparer chaque échantillon en dissolvant 50 mg de l’échantillon dans 0,7 mL de chloroforme deutéré (CDCl3) contenant 0,05 % de tétraméthylsilane (TMS) comme étalon interne. Acquérez des spectres RMN 1H à l’aide du programme TOPSPIN avec 16 balayages et référencés à la norme TMS à 0,0 ppm. ATTENTION : Le CDCl3 est nocif en cas d’ingestion et toxique en cas d’inhalation. Il provoque une irritation de la peau et une irritation oculaire grave. Portez un EPI lorsque vous travaillez avec cette substance.</li>
	</ol></li>
	<li>Analyse de viscosité<ol><li>Préparez deux pipettes Pasteur en verre de 5,75 pouces et une pompe à pipette.</li>
		<li>Faites deux marques sur chaque pipette avec un stylo. La marque supérieure se trouve sur le corps de la pipette et la deuxième marque se trouve sur la tige étroite, à environ 2 cm de la pointe.</li>
		<li>À l’aide d’une pompe à pipette, remplissez la pipette d’huile d’olive extra vierge avec le ménisque en haut.</li>
		<li>Retirez la pompe de la pipette et démarrez le chronomètre. Arrêtez le chronomètre pendant que l’huile d’olive extra vierge atteint la marque inférieure.</li>
		<li>Répétez les étapes 3.3.3 et 3.3.4 avec du biodiesel au lieu de l’huile d’olive extra vierge.</li>
		<li>Déterminez les viscosités relatives du biodiesel par rapport à l’huile d’olive extra vierge en chronométrant leur passage à l’aide d’une pipette en verre. Viscosité relative = (temps d’huile)/(temps de biodiesel).</li>
	</ol></li>
	<li>Essais d’inflammabilité<ol><li>Plongez une ficelle de coton d’environ 2 cm de long dans du biodiesel et une autre ficelle de coton dans de l’huile d’olive extra vierge. Assurez-vous de la saturation complète de la corde avec le liquide correspondant. Placez les cordes de coton enduites sur du papier d’aluminium.</li>
		<li>Dans une zone de laboratoire désignée, à l’abri des solvants inflammables, évaluez la facilité d’allumage de chaque fil de coton et observez la qualité de la flamme produite. Déterminez si une corde de coton s’enflamme plus facilement que l’autre. Évaluez quel liquide présente des capacités d’évacuation de l’humidité supérieures et lequel soutient une combustion plus forte.</li>
	</ol></li>
</ol>

Synthèse de biodiesel par transestérification assistée par ultrasons d’huiles végétales

<ol><li>Mishra, V. K., Goswami, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+review+of+production%2C+properties+and+advantages+of+biodiesel%5BTitle%5D)+AND+%22Biofuels%22%5BJournal%5D)">A review of production, properties and advantages of biodiesel.</a> Biofuels. 9 (2), 273-289 (2018).</li>
<li>Talha, N. S., Sulaiman, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Overview+of+catalysts+in+biodiesel+production%5BTitle%5D)+AND+%22ARPN+J+Eng+Appl+Sci%22%5BJournal%5D)">Overview of catalysts in biodiesel production.</a> ARPN J Eng Appl Sci. 11 (1), 439-442 (2016).</li>
<li>Kalita, P., Basumatary, B., Saikia, P., Das, B., Basumatary, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biodiesel+as+renewable+biofuel+produced+via+enzyme-based+catalyzed+transesterification%5BTitle%5D)+AND+%22Ener+Nex%22%5BJournal%5D)">Biodiesel as renewable biofuel produced via enzyme-based catalyzed transesterification.</a> Ener Nex. 6, 100087(2022).</li>
<li>Norjannah, B., Ong, H. C., Masjuki, H. H., Juan, J. C., Chong, W. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enzymatic+transesterification+for+biodiesel+production%3A+A+comprehensive+review%5BTitle%5D)+AND+%22RSC+Adv%22%5BJournal%5D)">Enzymatic transesterification for biodiesel production: A comprehensive review.</a> RSC Adv. 6 (65), 60034-60055 (2016).</li>
<li>Wang, X., Chrzanowski, M., Liu, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrasonic-assisted+transesterification%3A+A+green+miniscale+organic+laboratory+experiment%5BTitle%5D)+AND+%22J+Chem+Edu%22%5BJournal%5D)">Ultrasonic-assisted transesterification: A green miniscale organic laboratory experiment.</a> J Chem Edu. 97 (4), 1123-1127 (2020).</li>
<li>Duarte, M. P., Hamilton, A., Naccache, R. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aDuarte%2C+MP+%22Biomass+to+bioenergy%22">Biomass to bioenergy</a>. , Elsevier. (2024).</li>
<li>Munir, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biodiesel+production+from+novel+non-edible+caper+%28Capparis+L.%29+seeds+oil+employing+Cu-Ni+doped+ZrO2+catalyst%5BTitle%5D)+AND+%22Renew+Sus+Ener+Rev%22%5BJournal%5D)">Biodiesel production from novel non-edible caper (Capparis L.) seeds oil employing Cu-Ni doped ZrO2 catalyst.</a> Renew Sus Ener Rev. 138, 110558(2021).</li>
<li>Munir, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cleaner+production+of+biodiesel+from+novel+non-edible+seed+oil+%28Carthamus+lanatus+L.%29+via+highly+reactive+and+recyclable+green+nano+CoWO3%40rGO+composite+in+context+of+green+energy+adaptation%5BTitle%5D)+AND+%22Fuel%22%5BJournal%5D)">Cleaner production of biodiesel from novel non-edible seed oil (Carthamus lanatus L.) via highly reactive and recyclable green nano CoWO3@rGO composite in context of green energy adaptation.</a> Fuel. 332, 126265(2023).</li>
<li>Rocha-Meneses, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recent+advances+on+biodiesel+production+from+waste+cooking+oil+%28WCO%29%3A+A+review+of+reactors%2C+catalysts%2C+and+optimization+techniques+impacting+the+production%5BTitle%5D)+AND+%22Fuel%22%5BJournal%5D)">Recent advances on biodiesel production from waste cooking oil (WCO): A review of reactors, catalysts, and optimization techniques impacting the production.</a> Fuel. 348, 128514(2023).</li>
<li>Suslick, K. S., Nyborg, W. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrasound%3A+Its+chemical%2C+physical+and+biological+effects%5BTitle%5D)+AND+%22J+Acoust+Soc+Am%22%5BJournal%5D)">Ultrasound: Its chemical, physical and biological effects.</a> J Acoust Soc Am. 87, 919-920 (1990).</li>
<li>Afreen, S., Muthoosamy, K., Manickam, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sono-nano+chemistry%3A+A+new+era+of+synthesising+polyhydroxylated+carbon+nanomaterials+with+hydroxyl+groups+and+their+industrial+aspects%5BTitle%5D)+AND+%22Ultrason+Sonochem%22%5BJournal%5D)">Sono-nano chemistry: A new era of synthesising polyhydroxylated carbon nanomaterials with hydroxyl groups and their industrial aspects.</a> Ultrason Sonochem. 51, 451-461 (2019).</li>
<li>Babu, S. G., Neppolian, B., Ashokkumar, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrasound-assisted+synthesis+of+nanoparticles+for+energy+and+environmental+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Handbook+Ultrason+Sonochem%22%5BJournal%5D)">Ultrasound-assisted synthesis of nanoparticles for energy and environmental applications.</a> Handbook Ultrason Sonochem. 2, 1-34 (2015).</li>
<li>Banerjee, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recent+developments+on+ultrasound+assisted+catalyst-free+organic+synthesis%5BTitle%5D)+AND+%22Ultrason+Sonochem%22%5BJournal%5D)">Recent developments on ultrasound assisted catalyst-free organic synthesis.</a> Ultrason Sonochem. 35, 1-14 (2017).</li>
<li>Bang, J. H., Suslick, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Applications+of+ultrasound+to+the+synthesis+of+nanostructured+materials%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Mater%22%5BJournal%5D)">Applications of ultrasound to the synthesis of nanostructured materials.</a> Adv Mater. 22 (10), 1039-1059 (2010).</li>
<li>Kaur, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrasound-assisted+green+synthesis+of+five-membered+O-+and+S-heterocycles%5BTitle%5D)+AND+%22Syn+Comm%22%5BJournal%5D)">Ultrasound-assisted green synthesis of five-membered O- and S-heterocycles.</a> Syn Comm. 48 (14), 1715-1738 (2018).</li>
<li>Liu, Y., Myers, E. J., Rydahl, S. A., Wang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrasonic-assisted+synthesis%2C+characterization%2C+and+application+of+a+metal-organic+framework%3A+A+green+general+chemistry+laboratory+project%5BTitle%5D)+AND+%22J+Chem+Edu%22%5BJournal%5D)">Ultrasonic-assisted synthesis, characterization, and application of a metal-organic framework: A green general chemistry laboratory project.</a> J Chem Edu. 96 (10), 2286-2291 (2019).</li>
<li>Tan, S. X., Lim, S., Ong, H. C., Pang, Y. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((State+of+the+art+review+on+development+of+ultrasound-assisted+catalytic+transesterification+process+for+biodiesel+production%5BTitle%5D)+AND+%22Fuel%22%5BJournal%5D)">State of the art review on development of ultrasound-assisted catalytic transesterification process for biodiesel production.</a> Fuel. 235, 886-907 (2019).</li>
<li>Mahamuni, N. N., Adewuyi, Y. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fourier+transform+infrared+spectroscopy+%28FTIR%29+method+to+monitor+soy+biodiesel+and+soybean+oil+in+transesterification+reactions%2C+petrodiesel%E2%88%92+biodiesel+blends%2C+and+blend+adulteration+with+soy+oil%5BTitle%5D)+AND+%22Ener+Fuels%22%5BJournal%5D)">Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) method to monitor soy biodiesel and soybean oil in transesterification reactions, petrodiesel− biodiesel blends, and blend adulteration with soy oil.</a> Ener Fuels. 23 (7), 3773-3782 (2009).</li>
<li>Castejón, D., Fricke, P., Cambero, M. I., Herrera, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Automatic+1H-NMR+screening+of+fatty+acid+composition+in+edible+oils%5BTitle%5D)+AND+%22Nutrients%22%5BJournal%5D)">Automatic 1H-NMR screening of fatty acid composition in edible oils.</a> Nutrients. 8 (2), 93(2016).</li>
<li>Doudin, K. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantitative+and+qualitative+analysis+of+biodiesel+by+NMR+spectroscopic+methods%5BTitle%5D)+AND+%22Fuel%22%5BJournal%5D)">Quantitative and qualitative analysis of biodiesel by NMR spectroscopic methods.</a> Fuel. 284, 119114(2021).</li>
<li>Prat, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chem21+selection+guide+of+classical-and+less+classical-solvents%5BTitle%5D)+AND+%22Green+Chem%22%5BJournal%5D)">Chem21 selection guide of classical-and less classical-solvents.</a> Green Chem. 18 (1), 288-296 (2016).</li>
<li>Ameen, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Prospects+of+catalysis+for+process+sustainability+of+eco-green+biodiesel+synthesis+via+transesterification%3A+A+state-of-the-art+review%5BTitle%5D)+AND+%22Sustainability%22%5BJournal%5D)">Prospects of catalysis for process sustainability of eco-green biodiesel synthesis via transesterification: A state-of-the-art review.</a> Sustainability. 14 (12), 7032(2022).</li>
<li>Malek, M. N. F. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrasonication%3A+A+process+intensification+tool+for+methyl+ester+synthesis%3A+A+mini+review%5BTitle%5D)+AND+%22Biomass+Conv+Bioref%22%5BJournal%5D)">Ultrasonication: A process intensification tool for methyl ester synthesis: A mini review.</a> Biomass Conv Bioref. 13, 1457-1467 (2023).</li>
</ol>

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Dans cette démonstration, une méthode assistée par ultrasons de production de biodiesel catalysée par une base est élucidée pour une efficacité optimale. Pour des résultats optimaux, le tube de centrifugation doit être placé à l’intérieur d’un bécher rempli d’eau, puis le bécher doit être placé dans le bain à ultrasons. Cette configuration immergée garantit une exposition complète du mélange réactionnel au traitement par ultrasons, maximisant ainsi son efficacité. Si vous le souhaitez, un support de centrifugeuse peut également être utilisé pour remplacer le bécher à l’intérieur du bain à ultrasons, ce qui peut réduire davantage le bruit des ultrasons.
Une bonne sélection du solvant est un autre élément essentiel pour la synthèse du biodiesel par synthèse assistée par ultrasons. Bien que le méthanol et l’éthanol soient tous deux des solvants verts21 et puissent être utilisés pour produire du biodiesel, par rapport à l’éthanol, le méthanol offre plusieurs avantages, notamment la rentabilité, des temps de réaction plus rapides, une séparation efficace de la glycérine et une évaluation conviviale de la pureté à l’aide de la RMN 1H22. Par conséquent, le méthanol est utilisé dans cette démonstration. De plus, le produit biodiesel issu du méthanol est plus facile à caractériser à l’aide de la RMN H1 5.
L’eau pose un défi important dans la transestérification de l’huile végétale, entravant à la fois l’efficacité du catalyseur et la pureté du biodiesel. L’excès d’eau déclenche l’hydrolyse, transformant le précieux biodiesel en acides gras libres problématiques qui réagissent avec le catalyseur alcalin, formant un savon gênant. Ce savon empêche la séparation et la purification, réduit l’activité du catalyseur et, en fin de compte, réduit le rendement du biodiesel. Cependant, le mélange réactionnel dans un système fermé entraînera un rendement plus faible en biodiesel. Par conséquent, le capuchon du tube de centrifugation doit être desserré sous traitement par ultrasons.
La méthode assistée par ultrasons est avantageuse par rapport aux méthodes de chauffage conventionnelles, car le biodiesel peut être synthétisé avec précision, précision et rapidité à température ambiante sous pression atmosphérique. Dans cette méthode, le biodiesel est synthétisé à température ambiante et à pression atmosphérique, ce qui est plus économe en énergie et plus sûr que les méthodes de chauffage conventionnelles. Par conséquent, la méthode assistée par ultrasons est une méthode plus écologique par rapport à la méthode de chauffage conventionnelle. En raison de son respect de l’environnement, de son efficacité énergétique et de son temps de réaction court dans des conditions ambiantes, le biodiesel peut être préparé en 15 minutes à l’aide de la méthode assistée par ultrasons. Cette méthode s’applique également à d’autres huiles végétales, telles que l’huile de soja, l’huile de maïs, l’huile de canola, l’huile d’arachide et l’huile d’olive. Les résultats ont été rapportés dans notre précédente publication5. Ces huiles végétales sont disponibles dans le commerce et facilement accessibles, ce qui permet une adoption plus large de la méthode assistée par ultrasons.
Différents bains à ultrasons (40 kHz) peuvent être utilisés, y compris des nettoyeurs à ultrasons bon marché ou des nettoyeurs de bijoux à ultrasons, bien que le temps de réaction puisse varier. Par rapport à une sonde à ultrasons, un bain à ultrasons a une fréquence, ce qui est la limitation de cette méthode. Parce que le temps de réaction est court et que plusieurs réactions peuvent être exécutées simultanément dans le bain à ultrasons, la méthode assistée par ultrasons peut également être utilisée dans l’enseignement des cours de laboratoire comme un bon exemple pour présenter aux étudiants l’application de 12 principes de la chimie verte tels que l’utilisation de matières premières renouvelables, la conception pour l’efficacité énergétique, la chimie intrinsèquement plus sûre pour la prévention des accidents, et la catalyse.
En conclusion, une méthode de transestérification assistée par ultrasons a été introduite pour la préparation de biodiesel pur à partir d’huiles végétales disponibles dans le commerce à température ambiante et à pression atmosphérique. Par rapport aux méthodes de chauffage traditionnelles, l’irradiation par ultrasons offre des avantages significatifs dans la transestérification de l’huile : temps de réaction plus courts, diminution des rapports molaires alcool/huile, consommation d’énergie jusqu’à 50 % inférieure et augmentation des taux de réaction. Ce processus efficace exploite l’irradiation par ultrasons pour obtenir une distribution efficace de l’énergie dans le mélange réactionnel, ce qui permet d’obtenir des performances supérieures17,23. De plus, il est avantageux d’exécuter des réactions à petite échelle à l’aide de bains à ultrasons à faible coût ; Par conséquent, les bains à ultrasons comme source d’irradiation par ultrasons peuvent être facilement et largement adoptés dans les laboratoires de recherche et d’enseignement.

Le biodiesel, dérivé d’huiles et de graisses végétales courantes, apparaît comme une solution durable pour réduire la dépendance au pétrole1. Ce substitut renouvelable permet de réduire les émissions de gaz à effet de serre, notamment de dioxyde de carbone, tout en s’appuyant sur des ressources durables. De plus, le biodiesel présente des avantages distincts par rapport au diesel à base de pétrole, caractérisé par sa composition sans soufre, sa nature non toxique et sa biodégradabilité. En tant qu’alternative aux combustibles fossiles conventionnels, le biodiesel s’aligne sur la politique Net Zero des Nations Unies (ONU) en réduisant notre dépendance aux combustibles fossiles non renouvelables et en atténuant les effets néfastes du changement climatique. Le biodiesel offre une voie prometteuse pour répondre aux besoins énergétiques actuels, ce qui en fait un choix puissant pour un avenir plus vert2.
La méthode prédominante utilisée pour la production de biodiesel implique la transestérification, un processus chimique où les triglycérides présents dans les huiles et les graisses réagissent avec un alcool, généralement du méthanol ou de l’éthanol, en présence d’un catalyseur dans des conditions de température élevée 1,2,3,4. Cette réaction produit des esters alkyliques d’acides gras, le principal composant du biodiesel. Divers types d’huiles végétales servent de matières premières primaires pour la production de biodiesel, y compris les huiles comestibles5 (par exemple, l’huile d’olive extra vierge et l’huile de maïs) et les huiles non comestibles6, 7, 8 (par exemple, l’huile de câpres), ainsi que les huiles usagées9. Le méthanol est le plus souvent utilisé pour ce processus de transestérification car il s’agit d’un alcool relativement peu coûteux. De plus, un ensemble de catalyseurs tels que l’acide sulfurique, l’acide phosphorique, l’hydroxyde de potassium, l’hydroxyde de sodium ou des enzymes comme la lipase peuvent être utilisés pour accélérer le processus de transestérification 1,2,3,4. Traditionnellement, le mélange réactionnel est chauffé sous reflux pendant des périodes prolongées, généralement 30 minutes ou plus. Le chauffage n’est pas aussi économe en énergie que les ultrasons tout en présentant des risques pour la sécurité5. Par conséquent, il est nécessaire de disposer d’un processus de transestérification plus sûr, plus rapide et plus économe en énergie.
L’irradiation par ultrasons apparaît comme une alternative supérieure aux sources d’énergie conventionnelles telles que la chaleur, la lumière et l’électricité, principalement en raison du phénomène de cavitation acoustique10. Ce phénomène, caractérisé par la formation, l’expansion et l’effondrement violent de bulles, générant des points chauds localisés avec des températures atteignant environ 5000 K et des pressions de 1000 atm. De telles conditions extrêmes, associées à des vitesses de chauffage et de refroidissement rapides (supérieures à 1010 K/s), fournissent l’énergie nécessaire pour qu’un large éventail de réactions chimiques se produisent efficacement à température ambiante, y compris celles qui étaient auparavant considérées comme inaccessibles par des moyens conventionnels10. La synthèse assistée par ultrasons gagne rapidement du terrain dans divers domaines de recherche. Notamment, l’intérêt pour la synthèse assistée par ultrasons dans la synthèse organique et les matériaux à l’état solide est motivé par sa nature respectueuse de l’environnement, son efficacité énergétique et ses temps de réaction abrégés dans des conditions ambiantes 5,11,12,13,14,15,16 . Une technique rapide et efficace est introduite ici pour la transestérification sécurisée assistée par ultrasons des huiles végétales à l’aide d’un catalyseur alcalin, produisant des produits de biodiesel purs dans un court laps de temps. Bien que l’huile d’olive extra vierge serve de milieu de démonstration dans cette étude, il est impératif de noter que la méthode par ultrasons est applicable à un spectre d’huiles végétales 5,17.

<table><tbody><tr><td>Chloroforme-d</td><td>Fisher Scientific</td><td>865-49-6</td><td>&bull ; Nocif en cas d’ingestion. &bull ; Provoque une irritation cutanée. &bull ; Provoque une grave irritation des yeux. &bull ; Toxique en cas d’inhalation. &bull ; Suspecté d’être à l’origine du cancer. &bull ; Suspicion d’atteinte à la fertilité ou à l’enfant à naître. &bull ; Provoque des dommages aux organes en cas d’exposition prolongée ou répétée</td></tr><tr><td>Bains à ultrasons chauffés, numériques, Branson à ultrasons</td><td>Branson&nbsp ;</td><td>89375-492</td><td></td></tr><tr><td>Méthanol</td><td>Fisher Scientific Company</td><td>67-56-1</td><td>Liquide et vapeur hautement inflammables. Toxique en cas d’ingestion, de contact avec la peau ou d’inhalation. Cause des dommages aux organes (yeux).</td></tr><tr><td>Hydroxyde de potassium</td><td>Fisher Scientific Company</td><td>1310-58-3</td><td>Peut être corrosif pour les métaux. Nocif en cas d’ingestion. Provoque de graves brûlures de la peau et des lésions oculaires. Provoque de graves lésions oculaires</td></tr><tr><td>Chlorure de sodium</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>7647-14-5</td><td>Non dangereux</td></tr><tr><td>Huiles végétales</td><td></td><td></td><td>Un aliment couramment consommé avec une longue histoire d’utilisation sans danger dans les pesticides.</td></tr></tbody></table>

préparation assistée par ultrasons de produits biodiesel à partir d’huiles végétales

Ultrasonic-Assisted Preparation of Biodiesel Products from Vegetable Oils

En utilisant l’huile végétale comme matière première durable, cette étude présente une approche innovante de la transestérification assistée par ultrasons pour la synthèse du biodiesel. Cette procédure catalysée par l’alcalinisme exploite les ultrasons comme un puissant apport d’énergie, facilitant la conversion rapide de l’huile d’olive extra vierge en biodiesel. Dans cette démonstration, la réaction est exécutée dans un bain à ultrasons dans des conditions ambiantes pendant 15 min, nécessitant un rapport molaire de 1:6 d’huile d’olive extra vierge par rapport au méthanol et une quantité minimale de KOH comme catalyseur. Les propriétés physicochimiques du biodiesel sont également rapportées. Mettant l’accent sur les avantages remarquables de la transestérification assistée par ultrasons, cette méthode démontre des réductions notables des temps de réaction et de séparation, atteignant une pureté presque parfaite (~100%), des rendements élevés et une production de déchets négligeable. Il est important de noter que ces avantages sont obtenus dans un cadre qui privilégie la sécurité et la durabilité environnementale. Ces résultats convaincants soulignent l’efficacité de cette approche dans la conversion de l’huile végétale en biodiesel, ce qui la positionne comme une option viable pour la recherche et les applications pratiques.

Dans cette démonstration, la réaction de transestérification de l’huile d’olive extra vierge et du méthanol, catalysée par le KOH, produit du biodiesel à température ambiante dans un bain à ultrasons (Figure 1)5. Les matériaux de départ dans le tube de centrifugation montrent que les réactifs sont non miscibles et divisés en deux couches, comme le montre la figure 2A. La couche supérieure est un mélange de méthanol et de KOH tandis que la couche inférieure est composée d’huile d’olive extra vierge. Pour favoriser l’homogénéisation, il est recommandé de procéder à un bref pré-mélange des réactifs avant de soumettre le tube de centrifugation à une agitation par ultrasons.
Après 1 min dans le bain à ultrasons, le mélange réactionnel subit une homogénéisation notable, comme le montre la figure 2B. Après 14 minutes supplémentaires dans le bain à ultrasons, la séparation du produit se produit avec la couche supérieure comprenant des produits de biodiesel et la couche inférieure contenant des esters de glycérol, comme le montre la figure 2C. Laisser le mélange reposer pendant quelques minutes améliore encore la séparation, comme le montre la figure 2D. Par conséquent, la réaction de transestérification assistée par ultrasons produit efficacement du biodiesel à température ambiante et sous pression atmosphérique en peu de temps. De plus, la réaction facilite la séparation accélérée du biodiesel de la couche de glycérine, ce qui facilite le traitement. Les produits biodiesel peuvent être purifiés par séparation dans un entonnoir séparateur et lavage ultérieur avec des solutions saturées de NaCl. La caractérisation du produit de biodiesel peut être réalisée par uneanalyse RMN-H 1 pour confirmer la synthèse réussie du biodiesel.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66689/66689fig01.jpg"> Figure 1 : Synthèse du biodiesel à partir d’huiles végétales par réaction de transestérification. L’image montre les étapes de synthèse décrites ici.))) représente un traitement par ultrasons ; R.T. représente la température ambiante. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66689/66689fig01large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66689/66689fig02.jpg"> Figure 2 : Mélange réactionnel. Les images montrent le mélange réactionnel (A) à l’instant 0 min, (B) après 1 min de traitement par ultrasons, (C) juste après la fin (après 15 min de traitement par ultrasons) et (D) à 5 min après la fin de la réaction. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66689/66689fig02large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.</a>
Les spectres FT-IR de l’huile d’olive extra vierge (Figure 3A) et du biodiesel (Figure 3B) sont analysés pour confirmer la production de biodiesel. Le pic à 1435 cm-1 est présent dans le biodiesel montrant une flexion asymétrique CH3 , alors que ce pic est absent dans l’huile d’olive extra vierge. Le pic à 1195 cm-1 montre que l’étirement O-CH3 est présent dans le biodiesel, mais ce pic est absent dans l’huile d’olive extra vierge. Trois pics sont présents à la fois dans l’huile d’olive extra vierge et le biodiesel : les pics entre 2800-3000 cm-1 montrent l’étirement CH2 et l’étirement asymétrique CH3 et CH2 , et le pic entre 1700-1800 cm-1 montre l’étirement de C=O. Une bande à 721-723 cm-1 indique une double liaison Z (cis) dans la chaîne hydrocarbonée du biodiesel. L’insaturation (Z) abaisse le point de fusion du produit. Les résultats sont cohérents avec la littérature précédente18.
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66689/66689fig03.jpg"> Figure 3 : Spectre FT-IR. Le spectre FT-IR mesuré de 4000 à 400 cm-1 pour (A) l’huile d’olive extra vierge et (B) le biodiesel. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66689/66689fig03large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.</a>
Pour les résultats de RMN 1H, l’huile d’olive extra vierge contient un multiplet à δ = 4,1-4,3 ppm et un multiplet à δ = 5,2-5,3 ppm pour ses protons glycéryliques (Figure 4A). Le produit de biodiesel présente une absence de protons glycéryliques, affichant un singulet à δ = 3,67 ppm pour les protons méthyliques dans l’ester méthylique (figure 4B). Les pics sont cohérents avec la littérature précédente19,20. Ce singulet diffère du singulet CH3 (δ = 3,49 ppm) observé dans MeOH. Sur la base des résultats de la RMN 1H, il est évident que la méthode assistée par ultrasons peut produire du biodiesel d’une pureté proche de 100 %.
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66689/66689fig04.jpg"> Figure 4 : Spectre RMN 1H. Le spectre RMN 1H (500 MHz) dans le CDCl3 de (A) l’huile d’olive extra vierge avec l’attribution correspondante des pics majeurs de l’unité glycérole et des chaînes d’acides gras et (B) le biodiesel avec l’attribution correspondante des pics majeurs d’ester méthylique et des chaînes d’acides gras. Les Spectra démontrent les différents groupes fonctionnels de l’huile végétale et du biodiesel ainsi que la pureté du produit biodiesel. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66689/66689fig04large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.</a>
Le biodiesel, qui a une viscosité plus proche de celle du diesel à base de pétrole, est environ 8 fois moins visqueux que l’huile d’olive extra vierge. L’huile d’olive extra vierge, avec son inconvénient de viscosité 10x, la rend peu pratique pour les systèmes de carburant.
Lorsqu’elle a été testée pour l’inflammabilité, la ficelle de coton imbibée de biodiesel s’est enflammée plus rapidement et a brûlé plus intensément que celle trempée dans de l’huile d’olive extra vierge. Cela suggère le potentiel du biodiesel en tant qu’alternative au carburant diesel.

Une méthode sûre de transestérification assistée par ultrasons pour les huiles végétales à l’aide d’un catalyseur alcalin est présentée ici. La méthode est rapide et efficace pour la préparation de produits de biodiesel pur.

Préparation assistée par ultrasons de produits biodiesel à partir d’huiles végétales

Utilizing vegetable oil as a sustainable feedstock, this study presents an innovative approach to ultrasonic-assisted transesterification for biodiesel ...

Notre recherche présente une méthode respectueuse de l’environnement et sûre pour produire du biodiesel par transestérification assistée par ultrasons. Nous essayons de répondre à la question de savoir comment utiliser les principes de la chimie verte et utiliser l’énergie ultrasonique pour favoriser les réactions. Nous utilisons actuellement des technologies à ultrasons pour améliorer la durabilité des réactions, selon les principes de la chimie verte.Nous avons mis au point une méthode sûre, rapide et efficace pour la synthèse de biodiesel de haute pureté à partir d’huiles végétales. Dans cette méthode, le biodiesel est synthétisé à température ambiante et à pression atmosphérique, ce qui est plus économe en énergie et plus sûr que les méthodes de chauffage conventionnelles. De plus, la pureté du produit biodiesel est proche de 100%

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Découvrez la transestérification assistée par ultrasons pour produire du biodiesel à partir d'huiles végétales. Cette méthode rapide et sûre offre une pureté proche de 100% tout en respectant les principes de la chimie verte.

Préparation assistée par ultrasons de produits biodiesel à partir d’huiles végétales

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