Ticari dan Eş Çarpımların olarak Alkenones izolasyonu ile Biyodizel Üretimi için Deneysel Protokolü

Bu prosedürün genel amacı, değerli bir yan ürün olarak uzun zincirli alkenonların eş zamanlı izolasyonuna olanak tanırken, ticari olarak temin edilebilen Isochyrsis alglerinden biyodizel üretmektir. Bu yöntem, yenilenebilir enerji alanındaki temel soruların yanıtlanmasına yardımcı olabilir; örneğin, alg bazlı biyoyakıtların petrol bazlı yakıtlara uygulanabilir alternatifler olup olmadığı gibi.

Bu tekniğin temel avantajı, kullandığımız alglerin halihazırda endüstriyel olarak yetiştiriliyor olması ve birkaç ticari tedarikçiden çok kilogramlık miktarlarda satın alınabilmesidir. Ayrıca, bu özel algler, yan ürün olarak izole edilebilen uzun zincirli alkenonlar olarak bilinen benzersiz bir lipid seti biyosentezlemektedir. Prosedürü, laboratuvarımdaki lisansüstü öğrencisi John Williams uygulamalı olarak gösterecektir.

Ticari olarak temin edilen ıslak isochrysis pastasını hazırlamak için, bir kilogramlık pakette küçük bir delik açın ve 150 by 75 milimetrelik bir kristalizasyon kabına yaklaşık 300 gram sıkın. Pasta yaklaşık %80 sudur, koyu yeşil, neredeyse siyah renktedir ve keskin bir kokuya sahiptir. Yaklaşık 20 milimetre kalınlığında bir tabaka oluşturmak için pastayı havada kurutun.

Kuru biyokütleyi, kütlesi bilinen bir selüloz ekstraksiyon kovanına sıyırın. Ardından isochrysis biyokütlesinin ağırlığını kaydedin. Yaklaşık 50 ila 60 gram kuru isochrysis'i bir soxhlet ekstraksiyon düzeneğine aktarın.

Ardından, soxhlet balonunu 400 milliliters heksan ile doldurun. Kondenser suyunu ve ısı kaynağını açın ve soxhlet düzeneğinin bir ila iki gün boyunca döngü yapmasını sağlayın. Solventin rengi koyu yeşilden soluk sarıya döndüğünde, ekstraksiyon tamamlanmış demektir.

Oda sıcaklığına kadar soğutun ve heksanları uzaklaştırmak için döner evaporatör kullanın. Son olarak, heksan alg yağını tartın. İşleme, balondaki heksan alg yağını, iki bir metanol bir diklorometan karışımının 10 hacmi ile çözerek başlayın.

Ardından bir manyetik karıştırıcı çubuk ve yağ hacminin iki ve iki bölük üç katı kadar su ekleyin ve yağ ağırlığının yarısı kadar potasyum hidroksit ekleyin. Şimdi, balonu 500 milimetre uzunluğunda bir geri soğutucuya bağlayın. Karışımı bir çeker ocak içerisinde, karıştırarak 60 °C'de üç saat boyunca ısıtın.

Reaksiyon soğutulduktan sonra, organik çözücüler döner evaporatör yardımıyla uzaklaştırın. Ardından, kalan sulu karışımı bir litrelik ayırma hunisine aktarın ve üzerine eşit hacimde heksan ekleyin. Tüm materyalin huniye aktarıldığından emin olmak için balonu heksan ile durulayın.

Huniyle çalkalayın ve katmanların ayrılmasını bekleyin. Ardından, alttaki sulu katmanı bir erlene boşaltın ve üstteki organik fazı ikinci bir erlene dökün. Her iki katmanı da saklayın.

Organik tabaka sol sarı-yeşil renk alana kadar heksan ekstraksiyonunu tekrarlayın. Ardından, toplanan organik ekstraktları birleştirin ve nötr lipidleri izole etmek için döner evaporatörde yoğunlaştırın. Bu lipidler yeşilimsi bir katı şeklinde görünür ve 60 ile 70 °C arasında bir erime noktasına sahiptir.

Ardından, altı molar hidroklorik asit kullanarak sulu fazı iki pH değerine kadar asitlendirin. Daha sonra, asitlendirilmiş sulu fazdaki serbest yağ asitlerini, daha önce olduğu gibi heksan ve ayırma hunisi kullanarak ekstrakte edin. Son olarak, saflaştırılmış serbest yağ asitlerini elde etmek için bir döner evaporatör yardımıyla birleştirilmiş organik ekstraktlardaki heksanı uzaklaştırın.

30 °C'nin hemen üzerinde eriyen, siyaha yakın koyu yeşil renkli yağlı bir kalıntı. Yağ asitlerini altı hacim metanol kloroform kullanarak çözün ve ardından çözeltiyi, tüm yağ asitlerinin reaksiyon balonuna aktarıldığından emin olmak için durulama yaparak, içinde manyetik karıştırıcı bulunan derin ağızlı yüksek basınçlı bir reaksiyon balonuna boşaltın. Ardından, çeker ocak altında, derişik sülfürik asit ekleyin.

Balonu sızdırmaz hale getirin ve karışımı bir saat boyunca karıştırarak 90 °C'ye ısıtın. Reaksiyon oda sıcaklığına soğuduktan sonra karışımı ayırma hunisine aktarın ve iki hacim su ekleyin. Ardından, ayırma hunisini çalkalayın, fazların ayrılmasını bekleyin ve alt tabakayı önceden tartılmış yuvarlak tabanlı bir balona boşaltın.

Ardından, çözeltiyi döner evaporatörde yoğunlaştırın ve elde edilen biyodizelin kütlesini kaydedin; madde artık gaz kromatografları kullanılarak analiz edilebilir. Nötr lipidler yuvarlak tabandan sıyrılıp tartılabilir ve saflaştırma için bir balona aktarılabilir. Nötr lipidleri minimum miktarda diklorometan içerisinde çözerek işleme başlayın.

Ardından, çözeltiyi 100 gram silika jel içeren bir kromatografi kolonuna aktarın. Sonra, yaklaşık 150 mililitre diklormetan kullanarak çözeltiyi hafif basınç altında silika boyunca seyreltin. Solvent ile doldurma işlemi sırasında silikanın bozulmasını önlemek için kolonun üst kısmına ince bir kum tabakası eklenir.

Sarı rengi 250 mililitrelik yuvarlak tabanlı bir balona toplayın. Ardından diklorometanı döner evaporatör ile uzaklaştırın. Sonuçta turuncu renkli bir katı elde edilmelidir.

Katıları kaynayan heksanlarda yeniden kristallendirin. Önce başlangıç olarak 100 mililitre ekleyin ve ardından çözelti homojen hale gelene kadar kaynayan heksan eklemeye devam edin. Şimdi, kristallendirmeyi teşvik etmek için çözeltiyi yavaşça oda sıcaklığına soğutun ve kristallenmiş alkenonları bir filtrasyon düzeneği kullanarak toplayın.

Balonu durulamak için küçük hacimde buz gibi soğuk heksan kullanın. İşleme tabi tutulmadan önce, isochrysis pastası önce kurutulmuş ve deniz yosunu benzeri kokulu, siyah, yeşil, pullu bir materyal elde edilmiştir. Buna karşılık, toz isochrysis, ek bir işlem uygulanmadan kullanılan sarı-kahverengi, ince öğütülmüş kuru bir tozdur.

Soxhlet cihazıyla heksan kullanılarak her iki materyalden yapılan ekstraksiyon, macun formundan toz formuna kıyasla önemli ölçüde daha yüksek verimlilikte alg yağları sağlamıştır. Alg yağındaki açilgliseroller, suda çözünür karboksilatlara dönüştürülmüş ve her iki başlangıç materyalinden nötr lipidler ile serbest yağ asitleri neredeyse kantitatif hacimlerde ekstrakte edilmiştir. Ancak, ürünlerin oranı farklılık göstermiştir.

Esterifikasyon sonucunda yağ asidi metil esterleri üretildi. Biyodizel olarak da bilinen bu ürün, koyu yeşil, siyaha yakın yağlı bir sıvıdır. Verim %90'ın üzerine çıkmıştır. Ürün, metin protokolünde açıklandığı şekilde renksizleştirilmiştir.

Saflaştırılmış biyodizel yakıtların FAME analizi, iki başlangıç maddesinden benzer ancak özdeş olmayan profiller olduğunu göstermiştir. Çözünmüş nötr lipidlerin DCM kullanılarak silika üzerinden filtrelenmesi, heksanlarla yeniden kristalize edilen ve analitik olarak saf alkenonlara dönüştürülen kırmızımsı turuncu bir katı vermişti. Bu videoyu izledikten sonra, ticari olarak temin edilebilen isochyrsis'in yan ürün olarak saf alkenonların izolasyonu ile birlikte biyodizele nasıl dönüştürüleceği konusunda iyi bir anlayışa sahip olmalısınız.

Bu teknik bir kez kavrandığında, ileri çalışmalar için tutarlı bir şekilde önemli miktarlarda algel biyodizel ve alkenon üretilebilir. Geliştirilmesiyle birlikte bu teknik, tahminlere veya simülasyonlara güvenmek yerine, çeşitli yakıt testlerini gerçekleştirmek için yeterli miktar sağlayarak algel biyodizelin yakıt özelliklerini kritik bir şekilde incelememize olanak tanımıştır. Güçlü asitler veya bazlarla çalışmanın ve içeriği kapalı bir kap içerisinde ısıtmanın son derece tehlikeli olabileceğini unutmayın.

Bu adımları gerçekleştirirken uygun kişisel koruyucu ekipman kullandığınızdan ve bir çeker ocak içerisinde çalıştığınızdan emin olun.