Caracterizarea prin metoda FTIR a biodieselului

Introducere

Biodieselul este un combustibil regenerabil emergent, dovedit a fi prietenos cu mediul, biodegradabil, cu proprietăți de emisii reduse și capabil să înlocuiască motorina. Acest combustibil primește multă atenție în întreaga lume ca mijloc de prevenire a schimbărilor climatice globale. Acesta este produs din uleiuri vegetale sau grăsimi animale printr-un proces de transesterificare catalitică folosind metanol și hidroxid de sodiu sau hidroxid de potasiu.

Biodieselul finit poate fi utilizat în motorul de aprindere numai atunci când calitatea produsului este garantată. Acest lucru este esențial pentru a proteja mediul înconjurător de emisiile nocive datorate combustibilului de calitate scăzută [1]

Biodieselul este, în principiu, compatibil cu toate motoarele diesel și automobilele proiectate pentru combustibil din petrol. În pofida acestui lucru, biodieselul are anumite trăsături caracteristice care însă induc anumite adaptări tehnologice [2].

Producția de biodiesel

Pe scurt, transesterificarea este producerea unui ester din alt ester. În cazul biodieselului, aceasta este producția de esteri mono-alchilici dintr-un ulei vegetal/plantă care constă în mare parte de triacilgliceroli, adică esterii de glicerol ai acizilor grași cu lanț lung, cu un alcool cu greutate moleculară mică.

După cum s-a indicat mai sus, metanolul este, în prezent, alcoolul preferat în acest scop, dând esteri metilici ai uleiului vegetal cu un profil de acizi grași corespunzător celui al uleiului părinte. Poate fi catalizat de ambii acizi și baze, cu cataliza bazelor fiind considerabil mai rapidă. Condițiile de reacție cele mai avantajoase au fost stabilite ca un raport molar alcool:ulei de 6:1, 60 °C, 1 oră, fie cu 0,5% sodiu metoxid (CH3ONa) sau hidroxid de sodiu 1% ca și catalizator preferat atunci când se utilizează metanol ca alcool [3].

În general, temperatura de reacție ar trebui să fie ușor sub punctul de fierbere al alcoolului. Raportul molar de 6:1 este o creștere de 100% față de cantitatea teoretică, care este necesar pentru a conduce echilibrul spre dreapta. Mai mult, conținutul de acizi grași liberi ar trebui să fie mai mic de 0,5% (valoarea acidității mai puțin de aproximativ 1) și sistemul de reacție cât mai lipsit de umiditate. Astfel, producția de biodiesel devine din ce în ce mai comună la scară comercială folosind metoxid de sodiu ca și catalizator, deoarece acest catalizator ajută la menținerea conținutului scăzut de umiditate. Motivul este că atunci când se utilizează un

alcoxid, cum ar fi metoxidul de sodiu ca și catalizator, reacția de formare a apei care are loc atunci când se utilizează catalizatori cu hidroxid este evitată [4].

ROH + XOH - ROX + H2O (R=alchil, X=Na sau K);

La începutul reacției de transesterificare, amestecul de ulei vegetal și metanol este format din două faze nemiscibile, uleiul vegetal și alcoolul. Acest lucru duce la o situație în care transferul de masă poate limita mai degrabă viteza totală de reacție decât reactia chimică propriu-zisă. În mod similar, la sfârșitul reacției apar două faze, produsul esteri metilici și glicerolul ca și co-produs. Cele două faze pot fi ușor separate prin gravitație (decantare a fazelor) sau centrifugare dar aceasta din urmă este consumatoare de energie. Este necesară spălarea fazei esterice a produsului cu apă pentru îndepărtare catalizatorul rămas și potențialii contaminanți, cum ar fi glicerol format în timpul reacției. Transesterificarea are loc treptat, pornind de la materie primă de triacilglicerină prin di- și monoacilgliceroli la glicerol, esterul metilic fiind format la fiecare pas. Deși în condiții optime, reacția de transesterificare are un grad foarte ridicat de conversie, rămân cantități mici până la urme de materie primă triacilglicerol, precum și mono- și diacilgliceroli. Chiar și cantități foarte mici din unele dintre acestea materialele pot influența semnificativ proprietățile combustibilului [4].

Dacă materia primă conține o cantitate semnificativă de acizi grași liberi așa cum este adesea cazul materiilor prime de calitate scăzută, cum ar fi uleiul de gătitul uzat sau grăsimi animale, o etapă de pretratare acidă este de obicei folosită pentru a reduce conținutul de acizi grași liberi [5]. Acest pretratament constă în esterificarea acizilor grași liberi din materiile prime la esterii metilici folosind alcoolul dorit și un catalizator acid (H2SO4), reducând astfel valoarea acidă. Porțiunea de triacilglicerol a materiei prime poate fi apoi transesterificată prin cataliză de bază folosind conditiile descrise mai sus [4].