بخشی از مقاله
چکیده
در این گزارش سنتز نانوکاتالیستهای مزوپور سیلیکا و بکارگیری آن در واکنش کوپلاژ بین مولکولهای گلیسرین انجام و بررسی شده است. ابتدا با استفاده از TEOS به عنوان منبع سیلیکا و 100؛TritonX به عنوان سورفکتانت زیست تخریبپذیر و غیرسمی، مواد مزوحفره سنتز شدند، خصوصیات آنها با آنالیزهای SEM و BET-BJH بررسی گشت، سپس سطح آن بوسیله کلروسولفونیک اصلاح شد. واکنش آبگیری از گلیسرین بوسیله این کاتالیست در سیستمی که بدین منظور طراحی گشته گذاشته شد و پس از 12 ساعت، محصولات با آنالیز GC-MS مورد مطالعه قرار گرفتند که نتیجه بیانگر انجام واکنش و ایجاد پیوند بین مولکولهای گلیسرین است.
کلمات کلیدی: نانوکاتالیست، مزوپور سیلیکا، عامل دار کردن، گلیسرین، بیودیزل
.1 مقدمه
استفاده از مواد خام تجدید پذیر برای توسعه پایدار جوامع امری ضروری است. امروزه توجه زیادی به استفاده از فرآیند های سبز شده است که در آنها با استفاده از کاتالیزور مواد زیستی تجدید پذیر خام به سایر مواد شیمیایی و همچنین سوخت های پاک تبدیل می شوند. گلیسرین 3-propanetriol - ،2، - 1 به عنوان یک ماده اولیه مناسب و تجدید پذیر به طور گسترده ای در دسترس بوده و به طور طبیعی در قالب استرهای اسید چرب یافت می شود .[1] به طور سنتی گلیسرین به عنوان یک محصول جانبی از طریق چهار فرآیند بدست می آید که عبارت اند از: تولید صابون، تولید اسید چرب، تولید استر چرب و فرآیند تخمیر میکروبی .[2] همچنین گلیسرین می تواند با اکسید پروپیلن نیز سنتز شود .[1] علاوه بر اینها گلیسرین می تواند با استفاده از زیست توده - از جمله کلزا و یا روغن آفتابگردان - با استفاده از فرآیند هیدرولیز یا متانولیزه کردن تری گلیسرید ها هم بدست آید. واکنش های تبدیل مستقیم روغن های گیاهی و چربی های حیوانی به متیل استر ها و گلیسرین بیش از یک قرن است که شناخته شده اند.
با این حال فقط در 10 سال اخیر با تحقیق و توسعه در این رابطه و استفاده از فرآیند ترانس استریفیکاسیون تری گلیسرید ها، با مواد خامی از قبیل کلزا، سویا و روغن آفتابگردان تولید سوخت بیودیزل با کیفیت بالا نقش مهمی در صنعت و جوامع امروزی پیدا کرده است 5]؛.[3 به طور معمول با توجه به شکل 1 در فرآیند ترانس استریفیکاسیون گلیسرین با نرخ 1 مول به ازای هر 3 مول متیل استر تولید می شود که این تقریبا معادل %10 وزنی از کل محصول است .[6] اگر چه تولید بیودیزل هنوز هم با محدودیت هایی روبرو است ولی قیمت بازار گلیسرول به سرعت در حال کاهش یافتن است. مطالعات نشان می دهد که بازار مصرفی گلیسرین هنوز از رشد خوبی برخوردار نبوده و به همین دلیل با توجه به تولید بالای این ماده، هرگونه افزایش در تولید بیودیزل سبب کاهش شدید و حتی بیش از %60 از قیمت حال حاضر گلیسرین می شود.
با گسترش استفاده و افزایش تولید بیودیزل و کاهش با شیب تند در قیمت گلسرین، انتظار می رود که گلیسرین به عنوان بستری بزرگ برای تولید مواد شیمیایی ارزشمند تر بکار رود. همچنین اخیرا توسط کمیته انرژی آمریکا - DOE - این ماده به عنوان یک جزء اساسی در آینده پالایشگاه های زیستی شناخته شده است .[7] پیش بینی های اقتصادی نشان داده است که با افزودن ارزش گلیسرین به عنوان محصول جانبی می توان هزینه های خالص تولید بیودیزل از نوع B100 را از 0,63 دلار به ازای 1 لیتر به 0,35 دلار به 1 لیتر کاهش داد - شکل 9] - 2،.[8 مواد متخلخل از جنس سیلیکا می توانند بستر مناسبی برای نگهداری از گروه های عاملی به عنوان کاتالیست برای واکنش آبگیری از گلیسرین و تبدیل آن به پلی گلیسرول باشد .[11] در حقیقت این عمل یعنی هتروژنایز کردن کاتالیست های هموژن مورد استفاده برای واکنش کوپلاژ مولکول های گلیسرین علاوه بر اینکه امکان بازیافت کاتالیست را فراهم می آورد، می تواند با استفاده از تولید اندازه حفرات با سایز های مشخص - مثلا مزوپور ها با قطر حفرات بین 2 تا 50 نانومتر - در کنترل اندازه زنجیره های گلیسرین حاصل نیز نقش بسزایی داشته باشد - شکل . - 3 در این گزارش نیز امکان استفاده از مواد مزوپوری سیلیکا به عنوان کاتالیست در فرآیند آبگیری از گلیسرین بررسی می شود.
.2 سنتز نانو کاتالیست
مواد مصرفی شامل تترا اتیل ارتو سیلیکات - TEOS - ، 100؛Triton X، هیدروکلریک اسید - HCl - ، اتانول، متانول، پتاسیم فلورید - KF - ، گلیسرین - C3H8O3 - ، آب اکسیژنه - H2O2 - ، تری متوکسی سیلیل پروپان تیول - TMSPT - از کمپانی Merck آلمان تهیه شده اند.
.3 سنتز مزوپور سیلیکا
جهت تولید مزوپور سیلیکا با استفاده از روش دو مرحله ای ابتدا 1/294 گرم از سورفکتانت 100؛Triton X را درون 98 میلی لیتر آب مقطر در دمای اتاق حل کردیم. محلول به مدت 1 ساعت به آرامی در حال هم خوردن باقی می ماند. بعد از این مرحله 3/33 گرم TEOS اضافه کرده و مشاهده می کنیم که بلافاصله محلول کدر شده و پس از گذشت حدود 15 دقیقه رنگ شیری برای آن تثبیت می شود. با اضافه کردن محلول 2 مولار اسید کلریدریک، و با استفاده از کاغذ PH اسدیته را به 2 می رسانیم. مشاهده می کنیم که پس از چند دقیقه محلولی شفاف خواهیم داشت. این محلول به مدت 10 ساعت به هم می خورد. پس از آن مقداری از پودر پتاسیم فلورید را درون 5 میلی لیتر آب مقطر حل کرده و آن را جهت تشکیل رسوب به محلول قبلی اضافه می کنیم و بدون به هم خوردن و تحت شرایط پایدار با درجه حرارت 300 درجه کلوین درون آون به مدت 24 ساعت قرار می دهیم. سپس رسوب حاصل با استفاده از کاغذ صافی جمع آوری شد و با استفاده از کوره در دمای 900 درجه کلوین کلسینه می شود - شکل . - 4
