Name: Ultrasoon geassisteerde bereiding van biodieselproducten uit plantaardige oliën (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-04-19T14:40:00.000+00:00
Duration: 4 min 40 s
Description: Leer een veilige en efficiënte methode voor biodieselproductie uit plantaardige oliën met behulp van ultrasoon geassisteerde transesterificatie. Dit proces werkt bij kamertemperatuur en levert bijna 100% pure biodiesel op.

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

Het werk werd ondersteund door het start-upfonds van Author YL en de Pedagogy Enhancement Award (PEA) aan de California State University, Sacramento.

1. Oliebron en voorbereiding
<ol><li>Voeg 2,0 ml methanol van HPLC-kwaliteit toe aan een centrifugebuis van 15 ml. LET OP: Methanol is een licht ontvlambare vloeistof. Het is giftig bij inslikken, in contact komen met de huid of bij inademing, en het veroorzaakt schade aan de ogen. Zorg ervoor dat u persoonlijke beschermingsmiddelen (PBM's) draagt bij het werken met methanol en gebruik deze in de zuurkast.</li>
	<li>Voeg een pellet KOH (~0,10 g) toe aan de centrifugebuis en los de KOH-vaste stof op met behulp van de ultrasone reiniger (40 kHz) door gewoon de ultrasone filter aan te zetten. LET OP: KOH is schadelijk bij inslikken. Het veroorzaakt ernstige brandwonden, oogbeschadiging en ernstig oogletsel. Zorg ervoor dat u persoonlijke beschermingsmiddelen draagt wanneer u met deze stof werkt. OPMERKING: Voor een optimaal resultaat plaatst u de centrifugebuis in een beker gevuld met water en plaatst u het bekerglas vervolgens in het ultrasoonbad. Deze ondergedompelde configuratie garandeert een grondige blootstelling van het reactiemengsel aan de ultrasone bestraling, waardoor de effectiviteit ervan wordt gemaximaliseerd.</li>
</ol>2. Omesteringsproces
<ol><li>Voeg 8,0 ml extra vierge olijfolie toe aan de centrifugebuis.</li>
	<li>Sluit de centrifugebuis goed af en schud de centrifugebuis krachtig om de olie en de kaliummethoxideoplossing te mengen. NOTITIE: Houd de centrifugedop stevig vast wanneer u de centrifugebuis schudt.</li>
	<li>Draai de dop los en plaats de centrifugebuis in het ultrasoonbad. Zet het ultrasoonbad 1 minuut aan.</li>
	<li>Sluit na de eerste 1 minuut de centrifugedop goed af en schud de centrifugebuis weer krachtig.</li>
	<li>Draai de dop los en doe het reactiemengsel nog 14 minuten in het ultrasoonbad.</li>
	<li>Breng het reactiemengsel over in een scheidingstrechter en laat de onderste glycerinelaag uitlekken.</li>
	<li>Was de toplaag 3x met 15 ml verzadigde NaCl-oplossing, om de overtollige methanol en resterende katalysator uit de ester te wassen. Zorg ervoor dat de pH van de uiteindelijke wasbeurt neutraal is door te testen met een pH-papier.</li>
	<li>Breng de bovenste biodiesellaag over in een droge, schone injectieflacon, voeg watervrije Na2SO4 toe aan de injectieflacon, draai het mengsel rond en laat het mengsel ongeveer 15 minuten staan tot de biodiesel helder is. Gebruik het heldere biodieselproduct voor de karakterisering.</li>
</ol>3. Karakterisering van biodiesel
<ol><li>Fourier-transformatie infrarood (FT-IR) analyse<ol><li>Neem de FT-IR-spectra op over een breed bereik van 4000-400 cm-1. Meet elk monster door 16 scans samen op te tellen met een resolutie van 4 cm-1. Voer achtergrondaftrekking uit door vóór elke monsterscan een spectrum van frisse lucht te verkrijgen. Dit is om een nauwkeurige basislijncorrectie te garanderen en de verontreiniging van het monster tot een minimum te beperken. Reinig voor elk nieuw monster de ATR-plaat met methanol en droog deze vervolgens af met pluisvrije doekjes.</li>
	</ol></li>
	<li>Analyse van proton nucleaire magnetische resonantie (1uur NMR)<ol><li>Om de chemische samenstelling van het biodieselproduct te analyseren, registreert u de nucleaire magnetische resonantie (NMR) spectra van biodiesel en extra vierge olijfolie op een 500 MHz NMR-spectrometer bij kamertemperatuur. Gebruik een 5 mm dubbele gradiëntsonde met hoge resolutie en bereid elk monster voor door 50 mg van het monster op te lossen in 0,7 ml gedeutereerde chloroform (CDCl3) met 0,05% tetramethylsilaan (TMS) als interne standaard. Verkrijg 1uur NMR-spectra met behulp van het TOPSPIN-programma met 16 scans en verwezen naar de TMS-standaard bij 0,0 ppm. LET OP: CDCl3 is schadelijk bij inslikken en giftig bij inademing. Het veroorzaakt huidirritatie en ernstige oogirritatie. Draag PBM's bij het werken met deze stof.</li>
	</ol></li>
	<li>Viscositeit analyse<ol><li>Bereid twee glazen pasteurpipetten van 5.75 inch en een pipetpomp voor.</li>
		<li>Maak met een pen twee markeringen op elke pipet. De bovenste markering bevindt zich op de behuizing van de pipet en de tweede markering bevindt zich op de smalle steel, ongeveer 2 cm boven de punt.</li>
		<li>Gebruik een pipetpomp om de pipet te vullen met extra vierge olijfolie met de meniscus aan de bovenkant.</li>
		<li>Verwijder de pipetpomp en start de stopwatch. Stop de stopwatch als extra vierge olijfolie de onderste markering bereikt.</li>
		<li>Herhaal stap 3.3.3 en 3.3.4 met biodiesel in plaats van extra vierge olijfolie.</li>
		<li>Bepaal de relatieve viscositeit van biodiesel versus de extra vierge olijfolie door hun doorgang door een glazen pipet te timen. Relatieve viscositeit = (olietijd)/(biodieseltijd).</li>
	</ol></li>
	<li>Testen op ontvlambaarheid<ol><li>Dompel een katoenen touwtje van ongeveer 2 cm lang onder in biodiesel en een ander katoenen touwtje in extra vierge olijfolie. Zorg voor volledige verzadiging van de snaar met de betreffende vloeistof. Leg de gecoate katoenen touwtjes op aluminiumfolie.</li>
		<li>Beoordeel in een aangewezen laboratoriumruimte, uit de buurt van ontvlambare oplosmiddelen, het gemak van het aansteken van elke katoenen sliert en observeer de kwaliteit van de geproduceerde vlam. Bepaal of het ene katoenen touwtje gemakkelijker ontbrandt dan het andere. Evalueer welke vloeistof superieure vochtafvoerende eigenschappen vertoont en welke een sterkere verbranding ondersteunt.</li>
	</ol></li>
</ol>

Biodieselsynthese door ultrasoon geassisteerde omestering van plantaardige oliën

<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>

De auteurs hebben niets te onthullen.

In deze demonstratie wordt een ultrasoon geassisteerde methode voor de productie van biodiesel op basis van elektriciteit toegelicht voor een optimale werkzaamheid. Voor een optimaal resultaat moet de centrifugebuis in een bekerglas met water worden geplaatst en vervolgens moet het bekerglas in het ultrasoonbad worden geplaatst. Deze ondergedompelde configuratie garandeert een grondige blootstelling van het reactiemengsel aan de ultrasone behandeling, waardoor de effectiviteit ervan wordt gemaximaliseerd. Indien gewenst kan een centrifugerek ook worden gebruikt om het bekerglas in het ultrasoonbad te vervangen, waardoor het geluid van ultrasone trillingen verder kan worden verminderd.
Een andere cruciale component voor de synthese van biodiesel door middel van ultrasone synthese is een goede selectie van oplosmiddelen. Hoewel zowel methanol als ethanol groene oplosmiddelenzijn 21 en kunnen worden gebruikt om biodiesel te produceren, biedt methanol in vergelijking met ethanol verschillende voordelen, waaronder kosteneffectiviteit, snellere reactietijden, efficiënte glycerinescheiding en vriendelijke zuiverheidsbeoordeling met behulp van 1H NMR22. Daarom wordt in deze demonstratie methanol gebruikt. Bovendien is het biodieselproduct dat uit methanol is verkregen, gemakkelijker te karakteriseren met behulp van H1 NMR5.
Water vormt een grote uitdaging bij de omestering van plantaardige olie, omdat het zowel de efficiëntie van de katalysator als de zuiverheid van biodiesel belemmert. Overtollig water veroorzaakt hydrolyse, waarbij waardevolle biodiesel wordt omgezet in problematische vrije vetzuren die reageren met de alkalische katalysator en lastige zeep vormen. Deze zeep belemmert scheiding en zuivering, vermindert de activiteit van de katalysator en verlaagt uiteindelijk de opbrengst van biodiesel. Het reactiemengsel in een gesloten systeem zorgt echter voor een lager rendement aan biodiesel. Daarom moet de dop van de centrifugebuis worden losgemaakt onder ultrasone behandeling.
De ultrasoon ondersteunde methode is voordelig ten opzichte van de conventionele verwarmingsmethoden, omdat biodiesel nauwkeurig, precies en snel kan worden gesynthetiseerd bij kamertemperatuur onder atmosferische druk. Bij deze methode wordt biodiesel gesynthetiseerd onder omgevingstemperatuur en atmosferische druk, wat energiezuiniger en veiliger is dan conventionele verwarmingsmethoden. Daarom is de ultrasoon ondersteunde methode een groenere methode in vergelijking met de conventionele verwarmingsmethode. Vanwege de milieuvriendelijkheid, energie-efficiëntie en korte reactietijd onder omgevingsomstandigheden kan biodiesel binnen 15 minuten worden bereid met behulp van de ultrasone methode. Deze methode is ook toepasbaar voor andere plantaardige oliën, zoals sojaolie, maïsolie, koolzaadolie, arachideolie en olijfolie. De resultaten zijn gerapporteerd in onze vorige publicatie5. Deze plantaardige oliën zijn in de handel verkrijgbaar en gemakkelijk toegankelijk, waardoor een bredere toepassing van de ultrasone methode mogelijk is.
Er kunnen verschillende ultrasone baden (40 kHz) worden gebruikt, waaronder goedkope ultrasone reinigers of ultrasone sieradenreinigers, hoewel de reactietijd kan variëren. In vergelijking met een ultrasone sonde heeft een ultrasoon bad één frequentie, wat de beperking van deze methode is. Omdat de reactietijd kort is en er meerdere reacties tegelijk in het ultrasoonbad kunnen worden uitgevoerd, kan de ultrasoon ondersteunde methode ook worden gebruikt in het onderwijs in laboratoriumcursussen als een goed voorbeeld om studenten kennis te laten maken met de toepassing van 12 principes van groene chemie, zoals het gebruik van hernieuwbare grondstoffen, ontwerp voor energie-efficiëntie, inherent veiligere chemie voor ongevallenpreventie, en katalyse.
Concluderend werd een ultrasone omesteringsmethode geïntroduceerd voor de bereiding van zuivere biodiesel uit in de handel verkrijgbare plantaardige oliën bij kamertemperatuur en atmosferische druk. In vergelijking met traditionele verwarmingsmethoden biedt ultrasone bestraling aanzienlijke voordelen bij olieverestering: kortere reactietijden, verminderde molaire verhoudingen van alcohol tot olie, tot 50% lager energieverbruik en hogere reactiesnelheden. Dit efficiënte proces maakt gebruik van ultrasone bestraling om een effectieve energieverdeling binnen het reactiemengsel te bereiken, wat leidt tot superieure prestaties17,23. Bovendien is het voordelig om kleinschalige reacties uit te voeren met behulp van goedkope ultrasone baden; Daarom kunnen ultrasone baden als ultrasone bestralingsbron gemakkelijk en op grote schaal worden toegepast in onderzoeks- en onderwijslaboratoria.

Biodiesel, afgeleid van gewone, plantaardige oliën en vetten, komt naar voren als een duurzame oplossing om de afhankelijkheid van aardolie teverminderen. Deze hernieuwbare vervanger toont een verminderde uitstoot van broeikasgassen, met name kooldioxide, terwijl het vertrouwt op duurzame hulpbronnen. Bovendien biedt biodiesel duidelijke voordelen ten opzichte van petroleumdiesel, gekenmerkt door zijn zwavelvrije samenstelling, niet-toxische aard en biologische afbreekbaarheid. Als alternatief voor conventionele fossiele brandstoffen sluit biodiesel aan bij het Net Zero-beleid van de Verenigde Naties (VN) door onze afhankelijkheid van niet-hernieuwbare fossiele brandstoffen te verminderen en de nadelige effecten van klimaatverandering te verzachten. Biodiesel biedt een veelbelovende weg om aan de huidige energiebehoeften te voldoen, waardoor het een krachtige keuze is voor een groenere toekomst2.
De overheersende methode die wordt gebruikt voor de productie van biodiesel is omestering, een chemisch proces waarbij triglyceriden in oliën en vetten reageren met een alcohol, meestal methanol of ethanol, in aanwezigheid van een katalysator onder verhoogde temperatuuromstandigheden 1,2,3,4. Deze reactie levert vetzuuralkylesters op, het hoofdbestanddeel van biodiesel. Verschillende soorten plantaardige oliën dienen als primaire grondstoffen voor de productie van biodiesel, waaronder zowel eetbare5 (bijv. extra vierge olijfolie en maïsolie) als niet-eetbare oliën 6,7,8 (bijv. kappertjeszaadolie), evenals afgewerkte olie9. Methanol wordt het meest gebruikt voor dit omesteringsproces, omdat het een relatief goedkope alcohol is. Bovendien kan een reeks katalysatoren zoals zwavelzuur, fosforzuur, kaliumhydroxide, natriumhydroxide of enzymen zoals lipase worden gebruikt om het omesteringsproces te versnellen 1,2,3,4. Traditioneel wordt het reactiemengsel gedurende langere perioden onder reflux verwarmd, meestal 30 minuten of langer. Verwarming is niet zo energiezuinig als ultrasoonbehandeling, terwijl het ook veiligheidsrisico's met zich meebrengt5. Daarom is er behoefte aan een veiliger, sneller en energiezuiniger omesteringsproces.
Ultrasone bestraling komt naar voren als een superieur alternatief voor conventionele energiebronnen zoals warmte, licht en elektriciteit, voornamelijk vanwege het fenomeen van akoestische cavitatie10. Dit fenomeen, gekenmerkt door de vorming, uitzetting en gewelddadige ineenstorting van bellen, waardoor gelokaliseerde hotspots ontstaan met temperaturen tot ongeveer 5000 K en een druk van 1000 atm. Dergelijke extreme omstandigheden, in combinatie met snelle verwarmings- en afkoelsnelheden (meer dan 1010 K/s), leveren de energie die nodig is om een breed scala aan chemische reacties efficiënt te laten plaatsvinden bij kamertemperatuur, inclusief die welke voorheen onbereikbaar werden geacht met conventionele middelen10. Ultrasone synthese wint snel terrein in diverse onderzoeksgebieden. Met name de belangstelling voor ultrasone geassisteerde synthese in organische synthese en vastestofmaterialen wordt gedreven door het milieuvriendelijke karakter, de energie-efficiëntie en de verkorte reactietijden onder omgevingsomstandigheden 5,11,12,13,14,15,16 . Hier wordt een snelle en effectieve techniek geïntroduceerd voor veilige, ultrasoon geassisteerde omestering van plantaardige oliën met behulp van een alkalische katalysator, waardoor binnen een kort tijdsbestek zuivere biodieselproducten worden verkregen. Hoewel extra vierge olijfolie in deze studie als demonstratiemedium dient, is het absoluut noodzakelijk op te merken dat de ultrasone methode toepasbaar is op een spectrum van plantaardige oliën 5,17.

<table><tbody><tr><td>Chloroform-d</td><td>Fisher Scientific</td><td>865-49-6</td><td>&bull; Schadelijk indien ingeslikt. &bull; Veroorzaakt huidirritatië. &bull; Veroorzaakt ernstige oogirritatië. &bull; Giftig bij inademing. &bull; Verdacht van kankerverwekkende eigenschappen. &bull; Verdacht van schade aan de vruchtbaarheid of het ongeboren kind. &bull; Veroorzaakt schade aan organen door langdurige of herhaalde blootstelling</td></tr><tr><td>Heated Ultrasonic Baths, Digital, Branson Ultrasonic</td><td>Branson&nbsp;</td><td>89375-492</td><td></td></tr><tr><td>Methanol</td><td>Fisher Scientific Company</td><td>67-56-1</td><td>Zeer ontvlambare vloeistof en damp. Giftig indien ingeslikt, in contact met huid of indien geïnhaleerd. Veroorzaakt schade aan organen (Ogen).</td></tr><tr><td>Potassium hydroxide&nbsp;</td><td>Fisher Scientific Company</td><td>1310-58-3</td><td>Kan corrosief zijn voor metalen. Schadelijk indien ingeslikt. Veroorzaakt ernstige huidbrandwonden en oogbeschadiging. Veroorzaakt ernstige oogbeschadiging</td></tr><tr><td>Sodium chloride</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>7647-14-5</td><td>Niet gevaarlijk</td></tr><tr><td>Vegetable oils</td><td></td><td></td><td>Een veel geconsumeerd voedsel met een lange geschiedenis van veilig gebruik in pesticiden.&nbsp;</td></tr></tbody></table>

ultrasoon geassisteerde bereiding van biodieselproducten uit plantaardige oliën

Ultrasonic-Assisted Preparation of Biodiesel Products from Vegetable Oils

Door gebruik te maken van plantaardige olie als duurzame grondstof, presenteert deze studie een innovatieve benadering van ultrasone geassisteerde omestering voor biodieselsynthese. Deze alkaline-gekatalyseerde procedure maakt gebruik van ultrageluid als een krachtige energie-input, waardoor de snelle omzetting van extra vierge olijfolie in biodiesel wordt vergemakkelijkt. In deze demonstratie wordt de reactie gedurende 15 minuten in een ultrasoon bad onder omgevingsomstandigheden uitgevoerd, waarbij een molaire verhouding van 1:6 extra vierge olijfolie tot methanol en een minimale hoeveelheid KOH als katalysator nodig is. De fysiochemische eigenschappen van biodiesel worden ook gerapporteerd. Deze methode benadrukt de opmerkelijke voordelen van ultrasone geassisteerde omestering en vertoont opmerkelijke verminderingen van de reactie- en scheidingstijden, waardoor een bijna perfecte zuiverheid (~100%), hoge opbrengsten en een verwaarloosbare afvalproductie worden bereikt. Belangrijk is dat deze voordelen worden bereikt binnen een kader dat prioriteit geeft aan veiligheid en ecologische duurzaamheid. Deze overtuigende bevindingen onderstrepen de effectiviteit van deze aanpak bij het omzetten van plantaardige olie in biodiesel, waardoor het wordt gepositioneerd als een haalbare optie voor zowel onderzoek als praktische toepassingen.

In deze demonstratie produceert de omesteringsreactie van extra vierge olijfolie en methanol, gekatalyseerd door KOH, biodiesel bij kamertemperatuur in een ultrasoon bad (Figuur 1)5. De uitgangsmaterialen in de centrifugebuis laten zien dat de reactanten niet mengbaar zijn en in twee lagen zijn verdeeld, zoals te zien is in figuur 2A. De bovenste laag is een mengsel van methanol en KOH, terwijl de onderste laag is samengesteld uit extra vierge olijfolie. Om de homogenisatie te bevorderen, wordt een korte voormenging van de reactanten aanbevolen voordat de centrifugebuis wordt onderworpen aan ultrasone agitatie.
Na 1 minuut in het ultrasoonbad ondergaat het reactiemengsel een merkbare homogenisatie, zoals te zien is in figuur 2B. Na nog eens 14 minuten in het ultrasoonbad vindt productscheiding plaats waarbij de bovenste laag bestaande uit biodieselproducten en de onderste laag glycerolesters bevat, zoals weergegeven in figuur 2C. Door het mengsel een paar minuten te laten bezinken, wordt de scheiding verder verbeterd, zoals weergegeven in figuur 2D. Vandaar dat de ultrasoon geassisteerde omesteringsreactie binnen korte tijd efficiënt biodiesel oplevert bij kamertemperatuur en onder atmosferische druk. Bovendien vergemakkelijkt de reactie een versnelde scheiding van biodiesel uit de glycerinelaag voor een gemakkelijke opwerking. De biodieselproducten kunnen verder worden gezuiverd door scheiding in een scheidingstrechter en vervolgens te wassen met verzadigde NaCl-oplossingen. Karakterisering van het biodieselproduct kan worden bereikt door middel van 1H-NMR-analyse om de succesvolle synthese van biodiesel te bevestigen.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66689/66689fig01.jpg"> Figuur 1: Synthese van biodiesel uit plantaardige oliën via een omesteringsreactie. De afbeelding toont de synthesestappen die hier worden beschreven.))) vertegenwoordigt ultrasone behandeling; RT staat voor kamertemperatuur. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66689/66689fig01large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66689/66689fig02.jpg"> Figuur 2: Reactiemengsel. De afbeeldingen tonen het reactiemengsel (A) op tijdstip 0 min, (B) na 1 minuut ultrasone behandeling, (C) net na afwerking (na 15 minuten ultrasone behandeling) en (D) 5 minuten nadat de reactie is voltooid. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66689/66689fig02large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a>
De FT-IR-spectra van de extra vierge olijfolie (Figuur 3A) en biodiesel (Figuur 3B) worden geanalyseerd om de productie van biodiesel te bevestigen. De piek op 1435 cm-1 is aanwezig in de biodiesel die CH3 asymmetrische buiging vertoont, terwijl deze piek afwezig is in de extra vierge olijfolie. De piek op 1195 cm-1 laat zien dat de O-CH3-rek aanwezig is in biodiesel, maar deze piek is afwezig in extra vierge olijfolie. Zowel in extra vierge olijfolie als in biodiesel zijn drie pieken aanwezig: de pieken tussen 2800-3000 cm-1 tonen de rekking van CH2 en de asymmetrische rekking van CH3 en CH2 , en de piek tussen 1700-1800 cm-1 toont de rek van C=O. Een band op 721-723 cm-1 geeft een Z (cis) dubbele binding aan in de koolwaterstofketen van de biodiesel. (Z)-Onverzadiging verlaagt het smeltpunt van het product. De resultaten komen overeen met eerdere literatuur18.
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66689/66689fig03.jpg"> Figuur 3: FT-IR spectrum. Het FT-IR-spectrum gemeten van 4000-400 cm-1 voor (A) extra vierge olijfolie en (B) biodiesel. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66689/66689fig03large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a>
Voor 1uur NMR-resultaten bevat de extra vierge olijfolie een veelvoud van δ = 4.1-4.3 ppm en een veelvoud van δ = 5.2-5.3 ppm voor zijn glycerylprotonen (Figuur 4A). Het biodieselproduct vertoont een afwezigheid van glycerylprotonen, met een singlet van δ = 3,67 ppm voor de methylprotonen in de methylester (figuur 4B). De pieken komen overeen met eerdere literatuur 19,20. Dit singlet verschilt van het CH3 singlet (δ = 3,49 ppm) waargenomen in MeOH. Op basis van de 1H NMR-bevindingen is het duidelijk dat de ultrasoon geassisteerde methode biodiesel kan produceren met een zuiverheid van bijna 100%.
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66689/66689fig04.jpg"> Figuur 4: 1uur NMR-spectrum. Het 1H NMR (500 MHz) spectrum in CDCl3 van (A) extra vierge olijfolie met de overeenkomstige toewijzing van de belangrijkste pieken van de glyceroleenheid en de vetzuurketens en (B) biodiesel met overeenkomstige toewijzing van de belangrijkste pieken van methylester en de vetzuurketens. Spectra demonstreren de verschillende functionele groepen in de plantaardige olie en biodiesel en de zuiverheid van het biodieselproduct. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66689/66689fig04large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a>
Biodiesel, die een viscositeit heeft die dichter bij die van petroleumdiesel ligt, is ongeveer 8x minder stroperig dan extra vierge olijfolie. Extra vierge olijfolie met zijn 10x viscositeitsnadeel maakt het onpraktisch voor brandstofsystemen.
Bij het testen op ontvlambaarheid ontbrandde katoenen touw gedrenkt in biodiesel sneller en brandde het intensiever dan het touw gedrenkt in extra vierge olijfolie. Dit suggereert het potentieel van biodiesel als alternatief voor dieselbrandstof.

Een veilige ultrasone omesteringsmethode voor plantaardige oliën met behulp van een alkalische katalysator wordt hier gepresenteerd. De methode is snel en efficiënt voor het bereiden van zuivere biodieselproducten.

Ultrasoon geassisteerde bereiding van biodieselproducten uit plantaardige oliën

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

Ons onderzoek introduceert een milieuvriendelijke en veilige methode om biodiesel te produceren via een ultrasone omesteringsreactie. We proberen een antwoord te vinden op de vraag hoe we groene chemieprincipes kunnen toepassen en ultrasone energie kunnen gebruiken om reacties te bevorderen. We gebruiken momenteel ultrasone technologieën om de duurzaamheid van reacties te verbeteren, volgens de principes van groene chemie.We hebben een veilige, snelle en efficiënte methode ontwikkeld voor de synthese van zeer zuivere biodiesel uit plantaardige oliën. Bij deze methode wordt biodiesel gesynthetiseerd onder omgevingstemperatuur en atmosferische druk, wat energiezuiniger en veiliger is dan conventionele verwarmingsmethoden. Bovendien is de zuiverheid van het biodieselproduct bijna 100%

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

Research

JoVE Journal

Chemistry

Scheikunde

Source: Ginies, C., et al. Identification of Fatty Acids in Bacillus cereus. J. Vis. Exp. (2016)This video demonstrates the process of preparing fatty acid methyl esters (FAMEs) from bacterial samples by treating the biomass with an alkaline solution, followed by phase separation and solvent evaporation for downstream analysis.

Preparation of Fatty Acid Methyl Esters (FAMEs) from Bacterial Biomass

Experimentele werkwijzen voor snelle pyrolyse van lignocellulosebiomassa bio-olie te produceren en voor de katalytische hydrobehandeling van bio-oliën actieradius koolwaterstoffen worden gepresenteerd. Hot-damp filtratie tijdens snelle pyrolyse tot fijne deeltjes char en anorganische verontreinigingen uit bio-olie te verwijderen werd ook beoordeeld.

Biomassa Conversie naar Produce vloeibare koolwaterstof brandstof Via Hot-damp Gefilterd snelle pyrolyse en Catalytic Hydrobehandeling

Methoden worden voor de productie van biodiesel, samen met de co-isolatie van alkenones waardevolle coproducten van commerciële Isochrysis microalgen.

Experimenteel protocol voor de productie van biodiesel met Isolatie van Alkenones als coproducten van Commercial<em&gt; Isochrysis</em&gt; Algenbiomassa

Dit document presenteert experimentele methode biobrandstoffen en biochemicaliën van canola olie gemengd met een fossiele bij aanwezigheid van een katalysator bij milde temperaturen te produceren. Gasvormige, vloeibare en vaste producten van een reactie-eenheid worden gekwantificeerd en gekarakteriseerd. Conversie en individuele product opbrengsten worden berekend en gerapporteerd.

Laboratorium productie van biobrandstoffen en Biochemicals uit een Koolzaadolie door middel van katalytisch kraken Conversion

Ultrasoon-geassisteerde extractie (VAE) verhoogt de extractie-efficiëntie van oplosmiddelen en wanneer toegepast op Cannabis spp. biomassa vermindert het de tijd die nodig is voor extractie. Dit verlaagt de kosten en het potentiële verlies van cannabinoïden als gevolg van degradatie. Bovendien wordt de VAE beschouwd als een groene methode vanwege het lage gebruik van oplosmiddelen.

Ultrasoon-geassisteerde extractie van cannabidiolzuur uit cannabisbiomassa

We presenteren de synthese van een amfifiele hexayn en het gebruik ervan bij de bereiding van koolstofnanosheets op het lucht-water grensvlak vanuit een zelf-geassembleerde monolaag van deze reactieve, koolstofrijke moleculaire voorlopers.

Voorbereiding van de Carbon Nanosheets bij kamertemperatuur

Hier presenteren we een protocol voor directe, vroege guanidinylatiestad die een snelle totale synthese van aminoguanidine-bevattende kleine organische moleculen mogelijk maakt. Een geavanceerd synthetisch intermediair dat werd gebruikt bij de synthese van een bloedstollingsfactor XIa-remmer, werd bereid volgens dit protocol.

Een Direct, Early Stage Guanidinylation protocol voor de synthese van complexe-Aminoguanidine bevattende Natural Products

Een protocol voor de eenvoudige bereiding van 4-gesubstituleerde quinazolinederivaten uit 2-aminobenzofenonen, thioureum en dimethylsulfoxide wordt gepresenteerd.

Facile Bereiding van 4-gesubstitueerde chinazolinederivaten

Een nieuwe manier voor de productie van biopolymeer-gebaseerde aerogels door middel van kooldioxide (CO2) geïnduceerde gelering wordt getoond. De techniek maakt gebruik van geperst kooldioxide (5 MPa) voor de productie van biopolymeer hydrogels en superkritisch CO2 (12 MPa) om gels om te zetten in aerogels. De enige oplosmiddelen die naast CO2 nodig zijn, zijn water en ethanol.

Bereiding van Biopolymer Aerogels die Groene Oplosmiddelen

Hier laten we een nieuwe werkwijze voor groene en duurzame productie van zeer thermisch stabiel en gecarboxyleerde cellulose nanokristallen (CNC) en nanofibrillen (CNF) middels recyclebare vaste dicarbonzuren.

Groen en Low-cost productie van thermisch stabiel en gecarboxyleerde cellulose Nanokristallen en nanofibrillen Met behulp van zeer goed recyclebaar dicarbonzuren

Leer een veilige en efficiënte methode voor biodieselproductie uit plantaardige oliën met behulp van ultrasoon geassisteerde transesterificatie. Dit proces werkt bij kamertemperatuur en levert bijna 100% pure biodiesel op.

Ultrasoon geassisteerde bereiding van biodieselproducten uit plantaardige oliën

Meer video's verkennen