Name: הכנה בסיוע אולטראסוני של מוצרי ביודיזל משמנים צמחיים (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-04-19T14:40:00.000+00:00
Duration: 4 min 40 s
Description: למד שיטת טרנסאסטריפיקציה בסיוע אולטראסוני לייצור ביודיזל ממשמנים צמחיים. השיטה מייצרת ביודיזל בטוהר קרוב ל-100% בטמפרטורת סביבה ובלחץ אטמוספירי, בהתאם לעקרונות הכימיה הירוקה.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

העבודה נתמכה על ידי קרן הסטארט-אפ של Author YL ופרס שיפור הפדגוגיה (PEA) באוניברסיטת קליפורניה סטייט, סקרמנטו.

1. מקור שמן והכנתו
<ol><li>הוסף 2.0 מ"ל מתנול באיכות HPLC לצינור צנטריפוגה של 15 מ"ל. זהירות: מתנול הוא נוזל דליק מאוד. זה רעיל אם נבלע, במגע עם העור, או אם נשאף, וזה גורם נזק לעיניים. הקפד ללבוש ציוד מגן אישי (PPE) בעת עבודה עם מתנול ולהשתמש בו במכסה האדים.</li>
	<li>הוסף כדור אחד של KOH (~ 0.10 גרם) לצינור הצנטריפוגה והמיס את מוצק KOH באמצעות השואב העל-קולי (40 קילוהרץ) פשוט על ידי הפעלת האולטרסוני. אזהרה: KOH מזיק בבליעה. הוא גורם לכוויות עור חמורות, נזק לעיניים ונזק חמור לעיניים. הקפד ללבוש PPE בעת עבודה עם חומר זה. הערה: לקבלת תוצאות מיטביות, מקם את צינור הצנטריפוגה בתוך מלאה במים ולאחר מכן מקם את הכד בתוך האמבטיה העל-קולית. תצורה שקועה זו מבטיחה חשיפה יסודית של תערובת התגובה לקרינה קולית, וממקסמת את יעילותה.</li>
</ol>2. תהליך טרנסאסטריפיקציה
<ol><li>מוסיפים 8.0 מ"ל שמן זית כתית מעולה לצינור הצנטריפוגה.</li>
	<li>מכסים וסוגרים היטב את צינור הצנטריפוגה ומנערים את צינור הצנטריפוגה במרץ כדי לערבב את השמן עם תמיסת אשלגן מתאוקסיד. הערה: יש להדק את מכסה הצנטריפוגה בעת ניעור צינור הצנטריפוגה.</li>
	<li>שחררו את המכסה והכניסו את צינור הצנטריפוגה לאמבטיה העל-קולית. הפעל את האמבטיה העל-קולית למשך דקה.</li>
	<li>לאחר 1 דקות ראשונות, לסגור את מכסה הצנטריפוגה חזק ולנער את צינור הצנטריפוגה שוב במרץ.</li>
	<li>שחררו את הפקק והכניסו את תערובת התגובה לאמבטיה האולטרסונית למשך 14 דקות נוספות.</li>
	<li>מעבירים את תערובת התגובה למשפך מפריד ומנקזים את שכבת הגליצרין התחתונה.</li>
	<li>שטפו את השכבה העליונה עם 15 מ"ל של תמיסת NaCl רוויה 3x, כדי לשטוף את עודפי המתנול והזרז השיורי מתוך האסתר. ודא שה- pH של הכביסה הסופית ניטרלי על ידי בדיקה עם נייר pH.</li>
	<li>מעבירים את שכבת הביודיזל העליונה לבקבוקון יבש ונקי, מוסיפים לבקבוקון Na2SO4 נטול מים, מערבלים את התערובת, ומניחים לתערובת לעמוד כרבע שעה עד שהביודיזל צלול. השתמש במוצר הביודיזל השקוף לאפיון.</li>
</ol>3. אפיון ביודיזל
<ol><li>ניתוח אינפרא אדום התמרת פורייה (FT-IR)<ol><li>הקלט את ספקטרום FT-IR בטווח רחב של 4000-400 ס"מ-1. מדוד כל דגימה על-ידי הוספה משותפת של 16 סריקות ברזולוציה של 4 ס"מ-1. בצע חיסור רקע על-ידי השגת ספקטרום אוויר צח לפני כל סריקת דגימה. זאת כדי להבטיח תיקון בסיסי מדויק ומזעור זיהום הדגימה. לפני כל דגימה חדשה, נקו את צלחת ה-ATR באמצעות מתנול ולאחר מכן יבשו עם מגבונים ללא מוך.</li>
	</ol></li>
	<li>ניתוח תהודה מגנטית גרעינית של פרוטון (1H NMR)<ol><li>כדי לנתח את ההרכב הכימי של מוצר הביודיזל, רשום את ספקטרום התהודה המגנטית הגרעינית (NMR) של ביודיזל ושמן זית כתית מעולה על ספקטרומטר NMR של 500 MHz בטמפרטורת החדר. באמצעות בדיקה בעלת שיפוע כפול ברזולוציה גבוהה של 5 מ"מ, הכינו כל דגימה על ידי המסת 50 מ"ג של הדגימה ב-0.7 מ"ל כלורופורם מפורק (CDCl 3) המכיל 0.05% טטרמתילסילן (TMS) כתקן פנימי. רכוש ספקטרום NMR של 1H באמצעות תוכנית TOPSPIN עם 16 סריקות והפניה לתקן TMS במהירות של 0.0 עמודים לדקה. אזהרה:CDCl 3 מזיק בבליעה ורעיל בשאיפה. זה גורם לגירוי בעור וגירוי עיניים רציני. ללבוש PPE בעת עבודה עם חומר זה.</li>
	</ol></li>
	<li>ניתוח צמיגות<ol><li>הכינו שתי פיפטות פסטר זכוכית בגודל 5.75 אינץ' ומשאבת פיפטה אחת.</li>
		<li>לעשות שני סימנים על כל פיפטה עם עט. הסימן העליון הוא על גוף הפיפטה, והסימן השני הוא על הגבעול הצר, כ-2 ס"מ למעלה מהקצה.</li>
		<li>השתמש משאבת פיפטה כדי למלא את פיפטה עם שמן זית כתית מעולה עם המניסקוס בסימן העליון.</li>
		<li>הסר את משאבת פיפטה והפעל את שעון העצר. עצור את שעון העצר מכיוון ששמן זית כתית מעולה מגיע לסימן התחתון.</li>
		<li>חזור על שלבים 3.3.3 ו- 3.3.4 עם מוצר ביודיזל במקום שמן זית כתית מעולה.</li>
		<li>קבע את הצמיגות היחסית של ביודיזל לעומת שמן זית כתית מעולה על ידי תזמון המעבר שלהם דרך פיפטה זכוכית. צמיגות יחסית = (זמן שמן)/(זמן ביודיזל).</li>
	</ol></li>
	<li>בדיקות דליקות<ol><li>טובלים חוט כותנה באורך של כ-2 ס"מ בביו-דיזל וחוט צמר גפן נוסף בשמן זית כתית מעולה. ודא רוויה מלאה של המיתר עם הנוזל המתאים. מניחים את חוטי הכותנה המצופים על רדיד אלומיניום.</li>
		<li>באזור מעבדה ייעודי, הרחק מממיסים דליקים, יש להעריך את קלות ההצתה של כל חוט כותנה ולבחון את איכות הלהבה המיוצרת. קבע אם חוט כותנה אחד מתלקח בקלות רבה יותר מהשני. הערך איזה נוזל מפגין יכולות פתילה טובות יותר ואיזה מקיים כוויה חזקה יותר.</li>
	</ol></li>
</ol>

סינתזת ביודיזל על ידי טרנסאסטריפיקציה בסיוע אולטראסוני של שמנים צמחיים

<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>

למחברים אין מה לחשוף.

בהדגמה זו, שיטה בסיוע קולי של ייצור בסיס של ביודיזל הוא הבהיר עבור יעילות אופטימלית. לקבלת תוצאות אופטימליות, צינור הצנטריפוגה צריך להיות ממוקם בתוך מלאה במים ולאחר מכן את הכד צריך להיות ממוקם בתוך אמבטיה קולית. תצורה שקועה זו מבטיחה חשיפה יסודית של תערובת התגובה לטיפול האולטרסוני, וממקסמת את יעילותה. אם תרצה, מתלה צנטריפוגות יכול לשמש גם כדי להחליף את הכד בתוך האמבטיה קולית, אשר יכול להפחית עוד יותר את הרעש של ultrasonication.
בחירת ממס נכונה היא מרכיב קריטי נוסף לסינתזה של ביודיזל על ידי סינתזה בסיוע קולי. למרות שגם מתנול וגם אתנול הם ממסים ירוקים21 וניתן להשתמש בהם לייצור ביודיזל, בהשוואה לאתנול, מתנול מציע מספר יתרונות, כולל עלות-תועלת, זמני תגובה מהירים יותר, הפרדת גליצרין יעילה והערכת טוהר ידידותית באמצעות 1H NMR22. לכן, מתנול משמש בהפגנה זו. יתר על כן, מוצר ביודיזל שנוצר מתנול קל יותר לאפיין באמצעות H1 NMR5.
מים מהווים אתגר משמעותי בטרנסאסטריפיקציה של שמן צמחי, ומעכבים הן את יעילות הזרז והן את טוהר הביודיזל. עודף מים מעורר הידרוליזה, והופך ביודיזל יקר ערך לחומצות שומן חופשיות בעייתיות המגיבות עם הזרז הבסיסי, ויוצרות סבון בעייתי. סבון זה מעכב הפרדה וטיהור, מפחית את פעילות הזרז ובסופו של דבר מוריד את תפוקת הביודיזל. עם זאת, תערובת התגובה במערכת סגורה תגרום לתשואה נמוכה יותר של ביודיזל. לכן, המכסה של צינור הצנטריפוגה צריך להיות משוחרר תחת טיפול קולי.
השיטה בסיוע קולי היא יתרון על פני שיטות החימום הקונבנציונליות מכיוון שניתן לסנתז ביודיזל בצורה מדויקת, מדויקת ומהירה בטמפרטורת החדר תחת לחץ אטמוספרי. בשיטה זו, ביודיזל מסונתז תחת טמפרטורת הסביבה ולחץ אטמוספרי, שהוא חסכוני יותר באנרגיה ובטוח יותר משיטות חימום קונבנציונליות. לכן, השיטה בסיוע קולי היא שיטה ירוקה יותר בהשוואה לשיטת חימום קונבנציונלית. בשל ידידותיותו לסביבה, יעילותו האנרגטית וזמן התגובה הקצר בתנאי הסביבה, ניתן להכין ביו-דיזל תוך 15 דקות בשיטה בסיוע על-קולי. שיטה זו ישימה גם לשמנים צמחיים אחרים, כגון שמן סויה, שמן תירס, שמן קנולה, שמן בוטנים ושמן זית. התוצאות דווחו בפרסום הקודם שלנו5. שמנים צמחיים אלה זמינים מסחרית ונגישים בקלות, ומאפשרים אימוץ רחב יותר של השיטה בסיוע קולי.
אמבטיות קוליות שונות (40 קילוהרץ) ניתן להשתמש, כולל שואבי קולי בעלות נמוכה או שואבי תכשיטים קוליים, אם כי זמן התגובה עשוי להשתנות. לעומת בדיקה קולית, אמבטיה קולית יש תדר אחד, שהוא המגבלה של שיטה זו. מכיוון שזמן התגובה קצר וניתן להריץ תגובות מרובות בו זמנית באמבטיה העל-קולית, ניתן להשתמש בשיטה בסיוע קולי גם בהוראת קורסי מעבדה כדוגמה טובה להציג לתלמידים את היישום של 12 עקרונות של כימיה ירוקה כגון שימוש בחומרי הזנה מתחדשים, תכנון ליעילות אנרגטית, כימיה בטוחה יותר מטבעה למניעת תאונות, וקטליזה.
לסיכום, הוצגה שיטת טרנסאסטריפיקציה בסיוע קולי להכנת ביודיזל טהור משמנים צמחיים זמינים מסחרית בטמפרטורת החדר ובלחץ אטמוספרי. בהשוואה לשיטות חימום מסורתיות, לקרינה על-קולית יתרונות משמעותיים בטרנסאסטריפיקציה של שמן: זמני תגובה קצרים יותר, ירידה ביחס המולרי בין אלכוהול לשמן, צריכת אנרגיה נמוכה בעד 50% וקצבי תגובה מוגדלים. תהליך יעיל זה ממנף את הקרנת האולטרסאונד כדי להשיג חלוקת אנרגיה יעילה בתוך תערובת התגובה, מה שמוביל לביצועים מעולים17,23. יתר על כן, יש יתרון להפעיל תגובות בקנה מידה קטן באמצעות אמבטיות קוליות בעלות נמוכה; לכן, אמבטיות קוליות כמקור הקרנת אולטרסאונד ניתן לאמץ בקלות ובאופן נרחב במעבדות מחקר והוראה.

ביודיזל, המופק משמנים ושומנים צמחיים נפוצים, מתגלה כפתרון בר-קיימא להפחתת התלות בנפט1. תחליף מתחדש זה מציג פליטות מופחתות של גזי חממה, בעיקר פחמן דו חמצני, תוך הסתמכות על משאבים בני קיימא. יתר על כן, ביודיזל מציג יתרונות ברורים על פני דיזל נפט, המאופיין בהרכבו נטול הגופרית, אופיו הלא רעיל ויכולת ההתכלות הביולוגית שלו. כחלופה לדלקי מאובנים קונבנציונליים, ביודיזל מיישר קו עם מדיניות Net Zero של האו"ם (האו"ם) על ידי הפחתת התלות שלנו בדלקים מאובנים שאינם מתחדשים ומיתון ההשפעות השליליות של שינויי האקלים. ביודיזל מציע נתיב מבטיח לענות על צרכי האנרגיה הנוכחיים, מה שהופך אותו לבחירה רבת עוצמה לעתיד ירוק יותר2.
השיטה השלטת לייצור ביודיזל כוללת טרנסאסטריפיקציה, תהליך כימי שבו טריגליצרידים הנמצאים בשמנים ובשומנים מגיבים עם אלכוהול, בדרך כלל מתנול או אתנול, בנוכחות זרז בתנאי טמפרטורה גבוהים 1,2,3,4. תגובה זו מניבה אסטרים אלקיל של חומצת שומן, המרכיב העיקרי של ביודיזל. סוגים שונים של שמנים צמחיים משמשים כחומרי הזנה עיקריים לייצור ביודיזל, כולל שמנים אכילים5 (למשל, שמן זית כתית מעולה ושמן תירס) ושמנים שאינם אכילים 6,7,8 (למשל, שמן זרעי צלפים), כמו גם שמני פסולת9. מתנול משמש בדרך כלל לתהליך טרנסאסטריפיקציה זה מכיוון שהוא אלכוהול זול יחסית. בנוסף, ניתן להשתמש במגוון זרזים כגון חומצה גופרתית, חומצה זרחתית, אשלגן הידרוקסיד, נתרן הידרוקסידי או אנזימים כמו ליפאז כדי לזרז את תהליך הטרנסאסטריפיקציה 1,2,3,4. באופן מסורתי, תערובת התגובה מחוממת תחת ריפלוקס לפרקי זמן ממושכים, בדרך כלל 30 דקות או יותר. חימום אינו חסכוני באנרגיה כמו אולטרסוניקציה תוך סיכון בטיחותי5. כתוצאה מכך, יש צורך בתהליך טרנסאסטריפיקציה בטוח, מהיר וחסכוני יותר באנרגיה.
הקרנת אולטרסאונד מתגלה כחלופה עדיפה על מקורות אנרגיה קונבנציונליים כגון חום, אור וחשמל, בעיקר בשל תופעת הקוויטציה האקוסטית10. תופעה זו, המאופיינת בהיווצרות, התפשטות וקריסה אלימה של בועות, יצירת נקודות חמות מקומיות עם טמפרטורות המגיעות לכ 5000 K ולחצים של 1000 אטמוספרה. תנאים קיצוניים כאלה, יחד עם קצבי חימום וקירור מהירים (מעל 1010 K/s), מספקים את האנרגיה הדרושה למגוון רחב של תגובות כימיות להתרחש ביעילות בטמפרטורת החדר, כולל אלה שנחשבו בעבר בלתי ניתנות להשגה באמצעים קונבנציונליים10. סינתזה בסיוע קולי צוברת תאוצה במהירות בתחומי מחקר מגוונים. יש לציין כי העניין בסינתזה בסיוע על-קולי בסינתזה אורגנית ובחומרי מצב מוצק מונע על ידי אופיו הידידותי לסביבה, יעילות האנרגיה וזמני התגובה המקוצרים בתנאי הסביבה 5,11,12,13,14,15,16 . טכניקה מהירה ויעילה מוצגת כאן עבור טרנסאסטריפיקציה מאובטחת בסיוע קולי של שמנים צמחיים באמצעות זרז אלקליין המניב מוצרי ביודיזל טהורים בתוך מסגרת זמן קצרה. בעוד שמן זית כתית מעולה משמש כמדיום הדגמה במחקר זה, חובה לציין כי השיטה העל-קולית ישימה לספקטרום של שמני ירקות 5,17.

<table><tbody><tr><td>כלורופורם-ד</td><td>פישר סיינטיפיק</td><td>865-49-6</td><td>&בול; מזיק במקרה של בליעה. ושור; גורם לגירוי בעור. ושור; גורם לגירוי חמור בעיניים. ושור; רעיל בשאיפה. ושור; חשוד כגורם לסרטן. ושור; חשוד בפגיעה בפוריות או בילד שטרם נולד. &bull; גורם נזק לאיברים באמצעות חשיפה ממושכת או חוזרת</td></tr><tr><td>אמבטיות אולטרסאונד מחוממות, דיגיטליות, ברנסון אולטרסאונד ברנסון</td><td>&nbsp;</td><td>89375-492</td><td></td></tr><tr><td>חברת מתנול</td><td>פישר סיינטיפיק</td><td>67-56-1</td><td>נוזל ואדים דליקים מאוד. רעיל במקרה של בליעה, מגע עם העור או במקרה של שאיפה. גורם נזק לאיברים (עיניים).</td></tr><tr><td>אשלגן הידרוקסיד&nbsp;</td><td>חברת פישר סיינטיפיק</td><td>1310-58-3</td><td>עשויה להיות קורוזיבית למתכות. מזיק במקרה של בליעה. גורם לכוויות קשות בעור ולנזק לעיניים. גורם לנזק חמור לעיניים</td></tr><tr><td>נתרן כלורי</td><td>סיגמא-אולדריץ'</td><td>7647-14-5</td><td>שמנים</td></tr><tr><td></td><td></td><td>צמחיים</td> לא מסוכנים <td>מזון נפוץ עם היסטוריה ארוכה של שימוש בטוח בחומרי הדברה.</td></tr></tbody></table>

הכנה בסיוע אולטראסוני של מוצרי ביודיזל משמנים צמחיים

Ultrasonic-Assisted Preparation of Biodiesel Products from Vegetable Oils

תוך שימוש בשמן צמחי כחומר הזנה בר-קיימא, מחקר זה מציג גישה חדשנית לטרנסאסטריפיקציה בסיוע אולטראסוני לסינתזה של ביו-דיזל. הליך אלקליין מזורז זה רותם אולטרסאונד כקלט אנרגיה רב עוצמה, המאפשר המרה מהירה של שמן זית כתית מעולה לביודיזל. בהדגמה זו, התגובה מופעלת באמבטיה קולית בתנאי סביבה במשך 15 דקות, הדורשת יחס מולארי של 1:6 של שמן זית כתית מעולה למתנול וכמות מינימלית של KOH כזרז. התכונות הפיזיוכימיות של ביודיזל מדווחות גם. תוך הדגשת היתרונות המדהימים של טרנסאסטריפיקציה בסיוע קולי, שיטה זו מדגימה הפחתה ניכרת בזמני התגובה וההפרדה, השגת טוהר כמעט מושלם (~ 100%), יבולים גבוהים וייצור פסולת זניח. חשוב לציין כי יתרונות אלה מושגים במסגרת השמה בראש סדר העדיפויות בטיחות וקיימות סביבתית. ממצאים משכנעים אלה מדגישים את יעילותה של גישה זו בהמרת שמן צמחי לביודיזל, וממצבים אותה כאפשרות מעשית הן למחקר והן ליישומים מעשיים.

בהדגמה זו, תגובת הטרנסאסטריפיקציה של שמן זית כתית מעולה ומתנול, המזורזת על-ידי KOH, מייצרת ביו-דיזל בטמפרטורת החדר באמבט על-קולי (איור 1)5. חומרי המוצא בצינור הצנטריפוגה מראים שהמגיבים אינם ניתנים להפרדה ומחולקים לשתי שכבות כפי שניתן לראות באיור 2A. השכבה העליונה היא תערובת של מתנול ו- KOH ואילו השכבה התחתונה מורכבת משמן זית כתית מעולה. כדי לקדם הומוגניזציה, מומלץ ערבוב מקדים קצר של המגיבים לפני חשיפת צינור הצנטריפוגה לתסיסה קולית.
לאחר דקה אחת באמבט העל-קולי, תערובת התגובה עוברת הומוגניזציה ניכרת כפי שניתן לראות באיור 2B. לאחר 14 דקות נוספות באמבט העל-קולי, מתרחשת הפרדת מוצרים כאשר השכבה העליונה מכילה מוצרי ביו-דיזל והשכבה התחתונה מכילה אסטרי גליצרול כפי שמוצג באיור 2C. מתן אפשרות לתערובת לשקוע במשך כמה דקות משפר עוד יותר את ההפרדה, כפי שמוצג באיור 2D. לפיכך, תגובת הטרנסאסטריפיקציה בסיוע קולי מניבה ביעילות ביודיזל בטמפרטורת החדר ובלחץ אטמוספרי תוך זמן קצר. יתר על כן, התגובה מאפשרת הפרדה מואצת של ביודיזל משכבת הגליצרין לצורך עבודה קלה. ניתן לטהר עוד יותר את מוצרי הביודיזל על ידי הפרדה במשפך מפריד ושטיפה לאחר מכן בתמיסות NaCl רוויות. אפיון מוצר הביודיזל יכול להתבצע באמצעות ניתוח H-NMR 1כדי לאשר את הסינתזה המוצלחת של ביודיזל.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66689/66689fig01.jpg"> איור 1: סינתזה של ביו-דיזל משמנים צמחיים באמצעות תגובת טרנסאסטריפיקציה. התמונה מציגה את שלבי הסינתזה המתוארים כאן.))) מייצג טיפול קולי; R.T. מייצג את טמפרטורת החדר. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66689/66689fig01large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66689/66689fig02.jpg"> איור 2: תערובת תגובה. התמונות מראות את תערובת התגובה (A) בזמן 0 דקות, (B) לאחר דקה אחת של טיפול על-קולי, (C) מיד לאחר סיום (לאחר 15 דקות של טיפול על-קולי), ו-(D) לאחר 5 דקות לאחר סיום התגובה. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66689/66689fig02large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.</a>
ספקטרום FT-IR של שמן זית כתית מעולה (איור 3A) וביו-דיזל (איור 3B) מנותחים כדי לאשר את הייצור של ביו-דיזל. השיא של 1435 סמ"ק-1 קיים בביודיזל המראה כיפוף א-סימטרי CH3 , בעוד ששיא זה נעדר בשמן הזית כתית מעולה. השיא של 1195 ס"מ-1 מראה כי מתיחה O-CH3 קיימת בביודיזל, אך שיא זה נעדר בשמן זית כתית מעולה. שלוש פסגות קיימות הן בשמן זית כתית מעולה והן בביודיזל: הפסגות שבין 2800-3000 סמ"ק-1 מראות את מתיחת CH2 ואת המתיחה הא-סימטרית CH3 ו-CH2 , והשיא בין 1700-1800 סמ"ק-1 מראה את המתיחה של C=O. רצועה בגודל 721-723 ס"מ-1 מצביעה על קשר כפול Z (cis) בשרשרת הפחמימנים של הביודיזל. (Z)-אי-רוויה מורידה את נקודת ההתכה של המוצר. התוצאות תואמות את הספרות הקודמת18.
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66689/66689fig03.jpg"> איור 3: ספקטרום FT-IR. ספקטרום FT-IR נמדד בין 4000-400 סמ"ק-1 עבור (A) שמן זית כתית מעולה ו-(B) ביודיזל. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66689/66689fig03large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.</a>
לקבלת תוצאות NMR של שעה אחת, שמן הזית כתית מעולה מכיל מכפלה ב-δ = 4.1-4.3 ppm ומכפלה ב-δ = 5.2-5.3 ppm עבור פרוטוני הגליצריל שלו (איור 4A). תוצר הביו-דיזל מציג היעדר פרוטוני גליצריל ומציג סינגלט ב-δ=3.67 ppm עבור פרוטוני המתיל בתוך אסטר המתיל (איור 4B). הפסגות עקביות לספרות קודמת19,20. סינגלט זה שונה מהסינגלט CH3 (δ = 3.49 ppm) שנצפה ב-MeOH. בהתבסס על ממצאי 1 HNMR, ברור כי השיטה בסיוע קולי יכול לייצר ביודיזל עם טוהר של קרוב ל -100%.
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66689/66689fig04.jpg"> איור 4: 1 H ספקטרום NMR. ספקטרום 1 HNMR (500 MHz) ב- CDCl3 של (A) שמן זית כתית מעולה עם הקצאה מתאימה של הפסגות העיקריות של יחידת הגליצרול ושרשראות חומצות השומן ו- (B) ביודיזל עם הקצאה מקבילה של הפסגות העיקריות של אסטר מתיל ושרשראות חומצות השומן. ספקטרה מדגימה את הקבוצות הפונקציונליות השונות בשמן הצמחי ובביודיזל ואת טוהר מוצר הביודיזל. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66689/66689fig04large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.</a>
ביודיזל, שצמיגותו קרובה יותר לזו של דיזל נפט, צמיג בערך פי 8 פחות משמן זית כתית מעולה. שמן זית כתית מעולה עם חסרון צמיגות פי 10, הופך אותו ללא מעשי עבור מערכות דלק.
כאשר נבדק דליקות, חוט כותנה ספוג בביודיזל התלקח מהר יותר ונשרף בעוצמה רבה יותר מזה שהושרה בשמן זית כתית מעולה. זה מצביע על הפוטנציאל של ביודיזל כחלופה לסולר.

שיטה בטוחה בסיוע קולי transesterification עבור שמנים צמחיים באמצעות זרז אלקליין מוצג כאן. השיטה מהירה ויעילה להכנת מוצרי ביודיזל טהורים.

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

המחקר שלנו מציג שיטה ידידותית לסביבה ובטוחה לייצור ביודיזל באמצעות תגובת טרנסאסטריפיקציה בסיוע קולי. אנו מנסים לענות כיצד ליישם עקרונות כימיה ירוקה ולהשתמש באנרגיה על-קולית כדי לקדם תגובות. כיום אנו משתמשים בטכנולוגיות על-קוליות כדי לשפר את קיימות התגובות, בהתאם לעקרונות הכימיה הירוקה.פיתחנו שיטה בטוחה, מהירה ויעילה לסינתזה של ביודיזל ברמת טוהר גבוהה משמנים צמחיים. בשיטה זו, ביודיזל מסונתז תחת טמפרטורת הסביבה ולחץ אטמוספרי, שהוא חסכוני יותר באנרגיה ובטוח יותר משיטות חימום קונבנציונליות. יתר על כן, טוהר המוצר ביודיזל קרוב ל -100%

ultrasonic-assisted-preparation-biodiesel-products-from-vegetable

Research

JoVE Journal

Chemistry

כימיה

מקור: Ginies, C., et al. זיהוי חומצות שומן ב-Bacillus cereus. J. Vis. Exp. (2016)סרטון זה מדגים את תהליך הכנת אסטרי מתיל חומצות שומן (FAMEs) מדגימות חיידקים על ידי טיפול בביומסה בתמיסה אלקליין, ולאחר מכן הפרדת פאזה ואידוי ממס לניתוח במורד הזרם.

הכנת חומצות שומן מתיל אסטרים (FAMEs) מביומסה חיידקית

שיטות ניסיוניות עבור פירוליזה מהיר של ביומסה lignocellulosic לייצר ביו-שמנים עבור באמצעות מים קטליטי של שמנים ביו להפיק פחמימנים מגוון הדלק מוצגים. סינון חם-אדי במהלך פירוליזה מהר על מנת להסיר חלקיקי char בסדר ומזהמים אורגניים מן שמן ביו הוערך גם.

מרת ביומסה לייצר פחמימני נוזלי דלק Via חם-אד מסונן פירוליזה מהיר וניקוי באמצעות מים קטליטי

שיטות מפורטות מוצגות לייצור ביודיזל יחד עם שיתוף הבידוד של alkenones כמו קו-מכפלה חשובה מכל microalgae המסחרי Isochrysis.

פרוטוקול ניסויי עבור ייצור ביודיזל עם בידוד של Alkenones כמו קו-מכפלה מ מסחרי<em&gt; Isochrysis</em&gt; ביומסה אצות

מאמר זה מציג שיטה ניסיונית לייצר דלק ביולוגי ביוכימיים משמן קנולה מעורבב עם מזון מבוסס-מאובנים בנוכחות זרז בטמפרטורות מתונות. גזיות, נוזלי, ומוצרים מוצקים מיחידת התגובה הן לכמת ומאופיינת. תשואות מרת מוצר בנפרד מחושבות ומוצגות.

הפקת מעבדה של דלק ביולוגי ביוכימיים מתוך שמן לפתית באמצעות מרת פיצוח קטליטי

מיצוי בסיוע קולי (UAE) מגביר את יעילות המיצוי של ממסים וכאשר מיישמים אותו על ביומסה של קנאביס spp. הוא מקצר את הזמן הדרוש למיצוי. זה מקטין את העלות ואת אובדן הקנבינואידים הפוטנציאלי עקב השפלה. בנוסף, איחוד האמירויות הערביות נחשבת לשיטה ירוקה בשל שימוש נמוך בממסים.

מיצוי בסיוע קולי של חומצה קנבידיולית מביומסת קנאביס

אנו מציגים את הסינתזה של הקסיין אמפיפילי והשימוש בו בהכנת ננו-יריעות פחמן בממשק אוויר-מים משכבה חד-שכבתית בהרכבה עצמית של קודמנים מולקולריים ריאקטיביים ועשירים בפחמן.

הכנת פחמן Nanosheets בטמפרטורת החדר

כאן, אנו מציגים פרוטוקול לגואנידינילציה ישירה בשלב מוקדם המאפשר סינתזה כוללת מהירה של מולקולות אורגניות קטנות המכילות אמינוגואנידין. חומר ביניים סינתטי מתקדם המשמש בסינתזה של מעכב גורם קרישת דם XIa הוכן באמצעות פרוטוקול זה.

ישיר, בשלבים מוקדמים Guanidinylation פרוטוקול לסינתזה של מוצרים טבעיים Aminoguanidine המכיל קומפלקס

מוצג פרוטוקול להכנה קלה של נגזרות קינאזולין 4 מוחלפות מ-2-אמינובנזופנון, תיאוריאה ודימתיל סולפוקסיד.

הכנה קלילה של נגזרי Quinazoline 4-הוחלפו

מוצגת דרך חדשה לייצור אירוג'לים מבוססי ביופולימר על ידי ג'לציה המושרה על ידי פחמן דו חמצני (CO2). הטכניקה משתמשת בפחמן דו חמצני בלחץ (5 MPa) לייצור הידרוג'לים ביופולימרים ו-CO2 סופר-קריטי (12 MPa) להמרת ג'לים לאירוג'לים. הממיסים היחידים הדרושים מלבד CO2 הם מים ואתנול.

הכנת Aerogels biopolymer בעזרת ממיסים גרין

כאן אנו מדגימים שיטה חדשה להפקות ירוקות ומקיימות של תרמית מאוד nanocrystals התאית יציבת carboxylated (CNC) ו nanofibrils (CNF) באמצעות חומצות dicarboxylic מוצקות למחזור ביותר.

ייצור ירוק בעלות הנמוכה של יציב תרמית ו nanocrystals התאית Carboxylated ו Nanofibrils באמצעות חומצות dicarboxylic למחזור ביותר

למד שיטת טרנסאסטריפיקציה בסיוע אולטראסוני לייצור ביודיזל ממשמנים צמחיים. השיטה מייצרת ביודיזל בטוהר קרוב ל-100% בטמפרטורת סביבה ובלחץ אטמוספירי, בהתאם לעקרונות הכימיה הירוקה.

הכנה בסיוע אולטראסוני של מוצרי ביודיזל משמנים צמחיים

גלה סרטונים נוספים