بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق با توجه به اهمیت تبدیل کاتالیستی گلیسرول به مواد باارزش افزوده، فعالیت کاتالیستی سه کاتالیست پلی اکسومتالات، زئولیت و آلومینیوم فسفات در این فرایند مطالعه شد. نتایج نشان دادند که کاتالیست پلی اکسومتالات به بالاترین درصد تبدیل گلیسرول منجر میشود در حالیکه کاتالیست زئولیت و آلومینیوم فسفات به درصدهاي تبدیل می - انجامند. همچنین توزیع محصولات حاصل از فرایند آبزدایی از گلیسرول در حضور کاتالیست پلی اکسو متالات بررسی گردید.
.1 مقدمه
در طی چند دهه گذشته ، افزایش قیمت و محدود بودن منابع نفتی منجر به تمرکز جهانی به استفاده از منابع تجدید پذیر براي تولید سوخت و مواد شیمیایی شده است. بیودیزل مخلوطی از استرهاي آلکیلی است که توسط فرآیند تبادل استري از روغنهاي گیاهی و چربیهاي حیوانی با زنجیرههاي کوتاه تولید میشود.[2] در این فرآیند گلیسرول بهعنوان محصول جانبی به دست میآید.[2]
گلیسرول مادهاي با کاربردهاي فراروان در صنایع مختلف میباشد. در جدول 1 به برخی از این کاربردها اشاره شده است.
جدول 1 توضیح مصرف گلیسرول در محصولات و صنایع مختلف.[1]
دو استراتژي براي کاربردهاي صنعتی گلیسرول وجود دارد. اول، به دست آوردن مواد شیمیایی کوچک مولکول و دوم تولید مواد افزودنی سوخت است
در سالهاي اخیر قیمت گلیسرول خام به دلیل افزایش تولید بیودیزل روند کاهشی داشته است - شکل . - 1 براي مثال در سال قیمت گلیسرول به حدود 0/05 دلار بر پوند کاهشیافته است. در سال 2006 ، 250 میلیون پوند گلیسرول در آمریکا از تولید بیودیزل تولیدشده است.
شکل 1مقایسه ي ظرفیت تولید بیودیزل و فروش آن در کشور آلمان[4]
شکل 2روشهاي مختلف تبدیل گلیسرول به مواد باارزش افزوده[3]
گلیسرول را میتوان به انواع مواد شیمیایی با ارزش افزوده تبدیل نمود - شکل . - 2 به این ترتیب گلیسرول حاصل از فرایند تولید بیودیزل، میتواند به عنوان پلت فرمی براي تولید محصولاتی با منشا زیست توده در نظر گرفته شود. با توجه به اهمیت تبدیل کاتالیستی گلیسرول به مواد باارزش افزوده، در این مقاله به تبدیل کاتالیستی گلیسرول با استفاده از کاتالیستهاي مختلف ازجمله پلی اکسومتالاتها، زئولیت و آلپو پرداخته میشود.
پلی اکسومتالاتها کاتالیستهاي اسیدي جامدي هستند که در توسعه فناوريهاي پاك به کار میروند. پلی اکسومتالاتها بهصورت کاتالیزورهاي اسیدي،اسیدهاي برونشتد بسیار قوي هستند و دسته گستردهاي از واکنشها را در شرایط هموژن و هتروژن کاتالیز مینمایند. با توجه به تهیه آسان کاتالیزورهاي جامد پلی اکسومتالاتها و ارزان بودن آنها و همچنین به دلیل داشتن ویژگیهایی از قبیل غیر خورنده بودن ، قدرت اسیدي و اکسایش-کاهش ، سوپر اسیدي بودن ، پایداري هیدرولیتیکی و گرمایی بالا و غیر سمی بودن میتوان از آنها در صنایع داروسازي و شیمیایی مختلف از قبیل صنایع صابونسازي، لوازمآرایشی، بهداشتی، رنگها، صنایع الکترونیک و استفاده کرد.
زئولیتها در اصل مواد آلومینوسیلیکاتی هستند. این ترکیبات متخلخل بوده و بر اساس نوع و اندازه حفرات خود قابلیت کاتالیز نمودن انواع واکنشهاي شیمیایی و پتروشیمیایی را دارند.[5]
.2بخش تجربی .2-1مواد شیمیایی
مواد شیمیایی استفادهشده در فرآیند تبدیل کاتالیستی گلیسرول به محصولات باارزش افزوده شامل گلیسرول - شرکت مرك - ، کاتالیست پلی اکسومتالات - شرکت مرك - و زئولیت ZSM-5 و آلپو - شرکت سودکمی - میباشند.
-2-2روش انجام واکنش
واکنش آبزدایی از گلیسرول جهت تولید آکرولئین در بالنی به حجم 100mlکه به وسیله تله دیناستارك به مبرد متصل میشود و توسط دستگاه منتل حرارت میبیند، انجام شد. براي این منظور مقدار 1g از گلیسرول با مقدار مناسب از کاتالیست - 0/9-1 mmol - در بالن قرار گرفته و در مدت زمان یک تا سه ساعت تحت دماهاي مناسب - 290-330 c - حرارت داده شد. محصولات حاصل که در تله دین-استارك به صورت فازهاي جداگانه تشکیل میشوند جمعآوري شده و توسط دستگاه GC به طور کمی آنالیز شدند.
-3بحث
از بین سه کاتالیست پلی اکسوماتالات، زئولیت و آلپو مورد بررسی قرارگرفته ، کاتالیست پلی اکسومتالات بهترین فعالیت کاتالیستی را براي تبدیل گلیسرول به مواد باارزش افزوده نشان داد. همچنین کاتالیست فسفات آلومینیم عملکرد بهتري نسبت به زئولیت داشت. علت این امر آن است که کاتالیست زئولیت ZSM-5 یک ماده متخلخل میباشد و به علت کوچک بودن اندازه حفرات خود، با انجام فرآیند و تشکیل کک، غیرفعال شدن آن سریعتر انجام میگیرد. علت عملکرد مناسب کاتالیست پلی اکسومتالات در این فرایند وجود خاصیت اسید برونشتد این کاتالیست میباشد.
با در دست داشتن بهترین کاتالیست براي این فرایند، فاکتورهاي موثر بر واکنش نظیر دما، زمان و مقدار کاتالیست مورد بررسی قرار گرفتند تا با بهینه نمودن شرایط واکنش، بهترین نتایج به دست آیند. در جدول شماره 2 اثرات مربوط به دما، زمان و مقدار کاتالیست جهت واکنش تبدیل گلیسرول و نسبت محصولات به دست آمده نشان داده شده است.
