פרוטוקול ניסויי עבור ייצור ביודיזל עם בידוד של Alkenones כמו קו-מכפלה מ מסחרי

המטרה הכוללת של הליך זה היא לייצר ביו-דיזל מאצות *Isochrysis* הזמינות מסחרית, תוך התרה של בידוד משותף של אלקנונים בעלי שרשרת ארוכה כתוצר לוואי בעל ערך. שיטה זו יכולה לסייע במתן תשובות לשאלות מפתח בתחום האנרגיה המתחדשת, כגון, האם דלקי ביו מסוג אצות מהווים חלופות בר-קיימא לדלקים מבוססי נפט.

היתרון המרכזי של טכניקה זו הוא שהאצות שבהן אנו משתמשים כבר גדלות בתעשייה וניתן לרכוש אותן בכמויות של מספר קילוגרמים ממספר ספקים מסחריים. בנוסף, אצות אלו מסיינתיזות באופן ביולוגי קומפלקס ייחודי של ליפידים המכונים אלקנונים בעלי שרשרת ארוכה, אשר ניתן לבודד כתוצר לוואי. את הפרוצדורה יעגים ג'ון ויליאמס, סטודנט לתואר שני במעבדה שלי.

להכנת משחת isochrysis רטובה הזמינה מסחרית, חוררו חור קטן באריזה של קילוגרם אחד וסחטו כ-300 גרם אל תוך צלוחית התגבשות במידות של 150 על 75 מילימטר. המשחה היא כ-80% מים, בצבע ירוק כהה, כמעט שחור, ובעלת ריח חריף. ייבשו את המשחה באוויר כדי ליצור שכבה בעובי של כ-20 מילימטר.

גרדו את הביומסה היבשה אל תוך שרוול להפקת תאית בעל מסה ידועה. לאחר מכן, רשמו את משקל ביומסת ה-isochrysis. העבירו כ-50 עד 60 גרם של isochrysis יבשה אל תוך מכשיר מיצוי סוקסלט (Soxhlet extraction apparatus).

לאחר מכן, מלאו את בקרק התלוחלב (soxhlet flask) ב-400 milliliters של hexanes. הפעילו את מי הקירור של המעבה ואת מקור החום, והניחו למכשיר הסוֹקסלט להשלים מחזורים במשך יום עד יומיים. כאשר צבע הממס ישתנה מירוק כהה לצהוב חיוור, תהליך המיצוי הושלם.

קררו את התמיסה לטמפרטורת החדר והשתמשו במאדה סיבובי (rotary evaporator) כדי להסיר את ההקסנים. לבסוף, שקלו את שמן האצות המומס בהקסן. התחילו בהמסת שמן האצות בבקבוק המשכורתו ב-10 נפחים של תערובת מתנול ודיכלורומתאן ביחס של שניים לאחד.

בשלב הבא, הוסיפו מגנטstiring bar וכמות מים השווה לשני ושני שליש מנפח השמן, והוסיפו מסה של potassium hydroxide השווה למחצית ממשקל השמן. כעת, חברו את הבקבוק למקפץ (reflux condenser) באורך 500 millimeter. חממו את התערובת תחת ערבוב ל-60 °C למשך שלוש שעות במCחולץ (fume hood).

לאחר קירור התגובה, הסיר את הממסים האורגניים באמצעות מאדה סיבובי. לאחר מכן, שפוך את התערובת המימית שנותרה למשפך הפרדה של ליטר אחד והוסף נפח שווה של hexanes. שטוף את הבקבוקר עם ה-hexanes כדי להבטיח שכל החומר יעבור למשפך.

נער את המשפך והמתן להפרדה של השכבות. לאחר מכן, נקז את השכבה המימית התחתונה אל תוך בקבוק ושפוך את השכבה האורגנית העליונה לבקבוק שני. שמור את שתי השכבות.

חזור על מיצוי ההקסאן עד שהשכבה האורגנית תהיה בצבע צהוב-ירוק חיוור. לאחר מכן, שלב את התמציות האורגניות שנאספו ורכז אותן באמצעות מאיד סיבובי כדי לבודד את הליפידים הניטרליים. ליפידים אלה מופיעים כמוצק ירקרק ונקודת ההמסחה שלהם היא בין 60 ל-70 degrees celsius.

בשלב הבא, יש להחמיץ את הפאזה המימית ל-pH של 2 באמצעות חומצה כלורית בריכוז שש מולארית. לאחר מכן, יש לחלץ את חומצות השומן החופשיות מהפאזה המימית המוחמצת באמצעות הקסאנים ומשפך הפרדה כפי שבוצע קודם לכן. לבסוף, יש להסיר את ההקסאנים מהתמציות האורגניות המשולבות באמצעות evaporator סיבובי כדי לקבל חומצות שומן חופשיות מטוהרות.

שארית שומנית בצבע ירוק כהה, כמעט שחור, שתמס מעט מעל 30 °C. המיסו את חומצות השומן באמצעות שישה נפחים של methanol chloroform ולאחר מכן שפכו את התמיסה לבקבוך תגובה בלחץ גבוה בעל דפנות עבות עם מגנט ערבוב, תוך שטיפה כדי להבטיח שכל חומצות השומן יעברו לבקבוך התגובה. לאחר מכן, תחת מ㠃 פuming, הוסיפו sulfuric acid רכז.

אטום את הבקבוק וחמם את התערובת ל-90 °C תוך כדי ערבוב למשך שעה. לאחר קירור התגובה לטמפרטורת החדר, שפוך אותה למשפך הפרדה והוסף שני נפחים של מים. כעת, נער את משפך ההפרדה, המתן להפרדת הפאזות ונקז את השכבה התחתית לתוך בקבוק עגול בעל תחתית שנשקל מראש.

לאחר מכן, רכזו את התמיסה באמצעות מאיד סיבובי (rotary evaporator) ורשמו את המסה של הביו-דיזל שהתקבל; כעת ניתן לנתח את החומר באמצעות כרומטוגרפיה של גזים (gas chromatographs). ניתן לגרד את הליפידים הניטרליים מהקרקע העגולה של הבקראך, לשקול אותם ולהעבירם לבקראך לצורך טהרה. התחילו בהמסה של הליפידים הניטרליים בכמות מינימלית של dichloromethane.

לאחר מכן, העבירו את התמיסה לראש עמודת כרומטוגרפיה המכילה 100 grams של silica gel. בשלב הבא, השתמשו בלחץ קל כדי לדלל את התמיסה דרך הסיליקה עם כ-150 milliliters של dichloromethane. שכבה דקה של חול מתווספת לראש העמודה כדי למנוע הפרעה לסיליקה בעת המילוי בממס.

אספו את תמיסת ה-yelia wint לבקבוק תחתית עגולה בנפח 250 milliliter. לאחר מכן, הסירו את ה-dichloromethane באמצעות אידור סיבובי (rotary evaporator). התוצאה צריכה להיות מוצק בצבע כתום.

בצעו גבישה מחדש של המוצקים בהקסנים רותחים. ראשית, הוסיפו 100 מיליליטר ראשוניים ולאחר מכן המשיכו להוסיף הקסנים רותחים עד שהתמיסה תהיה הומוגנית. כעת, קררו את התמיסה באיטיות לטמפרטורת החדר כדי לעודד גבישה, ואספו את האלקנונים שהתגבשו באמצעות מערכת סינון.

השתמשו בנפח קטן של הקסנים קרים במיסב קרח כדי לשטוף את הבקבוק. לפני העיבוד, עיסת ה-isochrysis יובשה תחילה כדי לקבל חומר שחור, ירוק ופרוס בעל ריח של אצות. לעומת זאת, אבקת ה-isochrysis הייתה אבקה יבשה, גרוסה דק, בצבע חום-צהוב, אשר שימשה ללא עיבוד נוסף.

מיצוי משני החומרים באמצעות סוקסלט (soxhlet) עם הקסנים הניב שמנים אצות בתוספת של תשואה שהייתה גבוהה משמעותית מהמשחה מאשר מהאבקה. אצילגליצרולים בשמן האצות הומרו לקריבוקסילאט מסיס במים, ממנו מולאו ליפידים ניטרליים וחומצות שומן חופשיות בנפח כמעט כמותי מכל אחד מחומרי ההתחלה. עם זאת, היחס בין התוצרים היה שונה.

תהליך האסטריפיקציה הפיק מתיל-אסטרים של חומצות שומן. חומר זה ידוע גם כביו-דיזל, והוא נוזל שמני בצבע ירוק כהה הגובל בשחור. התפוקה עלתה על 90%. המוצר עבר ניקוי צבע כפי שמתואר בפרוטוקול הטקסט.

ניתוח FAME של דלק הביו-דיזל המזוהה הראה פרופילים דומים אך לא זהים משני חומרי המוצא. סינון הליפידים הניטרליים המומסים דרך סיליקה באמצעות DCM הניב מוצק בצבע כתום-אדמדם, אשר גובש מחדש עם hexanes וניב alkenones בדרגת טוהר אנליטית. לאחר צפייה בסרטון זה, תהיו בעלי הבנה טובה לגבי אופן עיבוד anIsochrysis הזמין מסחרית לביו-דיזל, תוך בידוד של alkenones טהורים כתוצר לוואי.

לאחר השליטה בטכניקה זו, ניתן לייצר בעקביות כמויות משמעותיות של ביודיזל מאצות ואלקנונים למחקרים נוספים. פיתוחה של טכניקה זו סלל עבורנו את הדרך לבחון באופן ביקורתי את תכונות הדלק של ביודיזל מאצות, על ידי אספקת כמויות מספיקות לביצוע בדיקות דלק שונות, במקום להסתמך על תחזיות או סימולציות. זכרו כי עבודה עם חומצות או בסיסים חזקים וחימום של תכני כלים אטומים עלולים להיות מסוכנים ביותר.

יש להקפיד על לבישת ציוד מגן אישי מתאים ועבודה בתוך מabilis (fume hood) בעת ביצוע שלבים אלה.