کاربرد روش سل ژل برای تهیه کاتالیست cao/al2o3 و مقایسه عملکرد آن با منابع دیگر اکسید کلسیم در تولید بیودیزل

بیودیزل سوختی خالص، غیرسمی و تجزیه پذیر بیولوژیکی است که جایگزینی مناسب برای سوخت های فسیلی دیزل می باشد. یکی از کاتالیست های مناسب جهت تولید بیودیزل اکسید کلسیم است. در این مطالعه از یک کاتالیست ارزان قیمت و دوست دار محیط زیست استفاده شده است. صدف پسماند سواحل خلیج فارس یکی از منابع کربنات کلسیم است که در دماهای کلسیناسیون بالای ?c950 به اکسید کلسیم تبدیل می شود. واکنش ترانس استری شدن با حضور روغن سویا، متانول و کاتالیست صدف در دمای ?c60 به مدت 8 ساعت انجام شد. طراحی آزمایشات با روش سطح پاسخ (rsm ) و طراحی box-behnken انجام شد و اثر پارامترهای مختلف (دمای کلسیناسیون، غلظت کاتالیست و نسبت مولی متانول به روغن) مورد بررسی قرار گرفت. هر یک از پارامترها در سه سطح پایین، متوسط و بالا (دمای کلسیناسیون 950، 1000 و ?c1050- غلظت کاتالیست 6، 9 و 12% وزنی نسبت به روغن - نسبت مولی متانول به روغن 12:1، 18:1 و 24:1) قرار گرفتند. نتایج حاصل از بهینه سازی حاکی از آنست که در دمای کلسیناسیون ?c1050، غلظت کاتالیست 12% وزنی نسبت به روغن و نسبت مولی متانول به روغن 24:1 بیش ترین مقادیر برای خلوص و بازده بیودیزل تولیدی حاصل می شود. سرانجام قابلیت استفاده مجدد کاتالیست صدف برای پنج بار بررسی شد و نتایج نشان دهنده آنست که کلسیناسیون مجدد کاتالیست در مرحله احیاء اثر منفی بر بازده بیودیزل تولید دارد. در گام بعدی به منظور کاهش میزان مصرف کاتالیست و افزایش سطح ویژه برای بهبود انتقال جرم (مشکل پدیده نفوذ) از پایه کاتالیستی گاما آلومینا استفاده کردیم. از آن جا که برای سنتز کاتالیست اکسید کلسیم بر پایه گاما آلومینا روش های مختلفی وجود دارد از روش سل ژل به دلیل قابلیت کنترل سطح نسبت به روش های دیگر استفاده شد. با توجه به نتیجه های دیگر مطالعات که نشان داد با کاهش بارگذاری کاتالیست اکسید کلسیم بر پایه آلومینا بازده بیودیزل کاهش می یابد سعی شد با تغییر بعضی متغیرهای مرحله سنتز کاتالیست، کاتالیستی تهیه شود که ضمن پایین بودن میزان بارگذاری کاتالیست بهره-وری بالایی داشته باشد. بنابراین جهت دستیابی به اهداف ذکر شده دو پارامتر دمای تشکیل ژل و غلظت اسید نیتریک مورد استفاده به عنوان متغیرهای مرحله سنتز کاتالیست قرار گرفتند و طراحی آزمایشات با روش سطح پاسخ و طراحی مرکب مرکزی (ccd ) انجام شد. برای تولید بیودیزل از کاتالیست 40% وزنی اکسید کلسیم بر پایه گاما آلومینا استفاده شده است. واکنش ترانس استری شدن با حضور روغن ذرت، متانول (نسبت مولی متانول به روغن 12:1) و کاتالیست اکسید کلسیم بر پایه گاما آلومینا (6% وزنی نسبت به مجموع وزن روغن،کاتالیست و متانول) در دمای ?c65 به مدت 5 ساعت انجام شد. نتایج نشان دهنده این است که، دمای تشکیل ژل ?c70 و غلظت اسید نیتریک mol/l050/0 نقطه بهینه در سنتز کاتالیست است و در این شرایط خلوص و بازده بیودیزل تولیدی به ترتیب برابر 89/87% و 10/79% است. همچنین کاتالیست 40% وزنی اکسید کلسیم بر پایه گاما آلومینا با روش تلقیح نیز سنتز شد و در شرایط یکسان واکنشی مورد استفاده قرار گرفت. کاتالیست سنتز شده به روش سل ژل در شرایط بهینه و نیز کاتالیست سنتز شده به روش تلقیح هر کدام پنج بار مورد استفاده مجدد قرار گرفتند. خلوص و بازده بیودیزل تولیدی طی هر بار استفاده مجدد از کاتالیست کاهش می یابد، زیرا هر بار مقداری از اکسید کلسیم بوسیله متانول استخراج می شود. همچنین میزان استخراج اکسید کلسیم از کاتالیست سنتز شده به روش تلقیح بیش تر از کاتالیست سنتز شده به روش سل ژل است و همین موضوع سبب افت فعالیت بیش تر کاتالیست سنتز شده به روش تلقیح است.