Protocollo sperimentale per produzione di biodiesel con isolamento di Alkenones come coprodotti da Commercial

L'obiettivo generale di questa procedura è produrre biodiesel a partire da Isochyrsis Algal disponibile sul mercato, consentendo al contempo l'isolamento concomitante di alchenoni a catena lunga come co-prodotto di valore. Questo metodo può contribuire a rispondere a domande fondamentali nel campo dell'energia rinnovabile, ad esempio se i biocarburanti derivati da alghe rappresentino alternative valide ai combustibili di origine petrolifera.

Il vantaggio principale di questa tecnica è che l'alga che utilizziamo viene già coltivata a livello industriale e può essere acquistata in quantità di diversi chilogrammi da diversi fornitori commerciali. Inoltre, queste particolari alghe biosintetizzano un gruppo unico di lipidi noti come alchenoni a catena lunga, che possono essere isolati come prodotto secondario. La procedura sarà dimostrata da John Williams, uno studente laureato del mio laboratorio.

Per preparare la pasta commerciale umida di isocri, praticare un piccolo foro in un pacchetto da un chilogrammo ed estrarre circa 300 grammi su una capsula di cristallizzazione di dimensioni 150 per 75 millimetri. La pasta contiene circa l'80% di acqua, è di colore verde scuro, quasi nero, e ha un odore pungente. Far asciugare la pasta all'aria per creare uno strato spesso circa 20 millimetri.

Scrapare la biomassa secca nel bicchierino di estrazione della cellulosa di massa nota. Quindi registrare il peso della biomassa di isocriasi. Trasferire circa 50-60 grammi di isocriasi secca in un apparecchio di estrazione Soxhlet.

Quindi, riempire il pallone di estrazione Soxhlet con 400 millilitri di esani. Accendere l'acqua del condensatore e la sorgente di calore e lasciare ciclare il Soxhlet per uno o due giorni. Quando il colore del solvente sarà passato dal verde scuro a un giallo tenue, l'estrazione sarà completa.

Raffreddare a temperatura ambiente e utilizzare un evaporatore rotante per rimuovere gli esa ni. Infine, pesare l'olio algale in esani. Iniziare sciogliendo l'olio algale in esani nel suo matraccio con 10 volumi di una miscela di metanolo e diclorometano in rapporto due a uno.

Aggiungere quindi una barretta di agitazione e due parti e due terzi di acqua rispetto al volume dell'olio, e aggiungere una massa di idrossido di potassio pari alla metà del peso dell'olio. A questo punto, collegare il pallone a un condensatore a riflusso lungo 500 millimetri. Riscaldare la miscela sotto agitazione a 60 gradi Celsius per tre ore in una cappa da laboratorio.

Dopo aver raffreddato la reazione, rimuovere i solventi organici con un evaporatore rotante. Successivamente, versare la miscela acquosa rimanente in un imbuto separatore da un litro e aggiungere un volume uguale di esa ni. Risciacquare il pallone con gli esa ni per assicurarsi che tutto il materiale venga trasferito nell'imbuto.

Agitare il imbuto e lasciare separare gli strati. Successivamente, scaricare lo strato acquoso inferiore in un matraccio e versare lo strato organico superiore in un secondo matraccio. Conservare entrambi gli strati.

Ripetere l'estrazione con esano fino a quando lo strato organico non diventa un giallo-verde tenue. Quindi combinare gli estratti organici raccolti ed evaporarli con un evaporatore rotante per isolare i lipidi neutri. Questi lipidi appaiono come un solido verdastro e hanno un punto di fusione compreso tra 60 e 70 gradi Celsius.

Successivamente, acidificare la fase acquosa fino a un pH di due utilizzando acido cloridrico 6 M. Quindi, estrarre gli acidi grassi liberi dalla fase acquosa acidificata usando esani e un imbuto separatore come in precedenza. Infine, rimuovere gli esani dai estratti organici combinati mediante un evaporatore rotante per ottenere acidi grassi liberi purificati.

Un residuo oleoso scuro verde, quasi nero, che fonde appena sopra i 30 gradi Celsius. Sciogliere gli acidi grassi utilizzando sei volumi di metanolo cloroformio, quindi versare la soluzione in un robusto flacone per reazioni ad alta pressione con un'ampia camera e una barretta agitatrice, risciacquando per assicurare il trasferimento completo degli acidi grassi nel flacone di reazione. Successivamente, sotto cappa, aggiungere acido solforico concentrato.

Sigillare il pallone e riscaldare la miscela a 90 gradi Celsius sotto agitazione per un'ora. Dopo aver raffreddato la reazione a temperatura ambiente, versarla in un imbuto separatore e aggiungere due volumi di acqua. Agitare ora l'imbuto separatore, lasciare separare le fasi e scaricare lo strato inferiore in un pallone a fondo rotondo pre-pesato.

Quindi, concentrare la soluzione utilizzando un evaporatore rotante e registrare la massa del biodiesel ottenuto; la sostanza può ora essere analizzata mediante cromatografia gassosa. I lipidi neutri possono essere raschiati dal fondo rotondo, pesati e trasferiti in un matraccio per la purificazione. Iniziare sciogliendo i lipidi neutri in una quantità minima di diclorometano.

Successivamente, applicare la soluzione su una colonna cromatografica contenente 100 grammi di gel di silice. Poi, utilizzare una leggera pressione per eluire la soluzione attraverso la silice con circa 150 millilitri di diclorometano. Uno strato sottile di sabbia viene aggiunto sulla sommità della colonna per evitare che la silice venga perturbata durante il riempimento con il solvente.

Raccogliere l'estratto in un pallone rotondo da 250 millilitri. Quindi rimuovere il diclorometano mediante evaporazione rotativa. Il risultato dovrebbe essere un solido di colore arancione.

Ricristallizzare i solidi in esani bollenti. Aggiungere prima 100 millilitri iniziali e quindi continuare ad aggiungere esani bollenti fino a quando la soluzione diventa omogenea. Successivamente, raffreddare lentamente la soluzione a temperatura ambiente per favorire la cristallizzazione e raccogliere gli alchenoni cristallizzati mediante un apparato di filtrazione.

Utilizzare un piccolo volume di esani ghiacciati per risciacquare il pallone. Prima dell'elaborazione, la pasta di isocri si è prima essiccata per ottenere un materiale nero, verde e friabile con un odore simile a quello delle alghe. Al contrario, l'isocri in polvere era una polvere secca giallo-marrone finemente macinata, utilizzata senza ulteriore elaborazione.

L'estrazione da entrambi i materiali mediante Soxhlet con esani ha prodotto oli algali con rese notevolmente più elevate a partire dalla pasta rispetto alla polvere. Gli acilgliceroli presenti nell'olio algale sono stati convertiti in carbossilati solubili in acqua, dai quali lipidi neutri e acidi grassi liberi sono stati estratti in volume quasi quantitativo da entrambi i materiali di partenza. Tuttavia, il rapporto tra i prodotti era diverso.

L'esterificazione ha prodotto esteri metilici degli acidi grassi. Conosciuti anche come biodiesel, un liquido oleoso verde scuro, quasi nero. La resa ha superato il 90%. Il prodotto è stato decolorato come descritto nel protocollo del testo.

L'analisi FAME dei combustibili biodiesel purificati ha mostrato profili simili ma non identici provenienti dai due materiali di partenza. Filtrando i lipidi neutri disciolti attraverso la silice utilizzando DCM, si ottiene un solido arancio rossastro che è stato ricristallizzato con esani fino a ottenere alchenoni puri dal punto di vista analitico. Dopo aver visto questo video, si dovrebbe avere una buona comprensione di come processare l'isochrisi disponibile in commercio in biodiesel, isolando alchenoni puri come prodotto secondario.

Una volta padroneggiata, questa tecnica può produrre in modo costante notevoli quantità di biodiesel algale e alchenoni per ulteriori studi. Con il suo sviluppo, questa tecnica ci ha permesso di esaminare in modo critico le proprietà del combustibile del biodiesel algale, fornendo quantità sufficienti per eseguire i vari test sul combustibile, piuttosto che basarci su previsioni o simulazioni. Non dimenticare che lavorare con acidi o basi forti e riscaldare i contenuti all'interno di un recipiente sigillato può essere estremamente pericoloso.

Assicurarsi di indossare idonei dispositivi di protezione personale e di lavorare in una cappa aspirante durante l'esecuzione di questi passaggi.