بخشی از مقاله
خلاصه
در طی سالیان گذشته منابع ارزان، تجدید پذیر و پسماند بسیار مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. یکی از منابع مورد توجه، منابع پسماند تجدید پذیر مانند پوسته تخم پرندگان و پوست نرم تنان است که با استفاده از روش کلسیناسیون این منابع می توان اکسید کلسیم با فعالیت کاتالیستی مطلوب را تهیه نمود . در این پژوهش به بررسی تولید بیودیزل توسط منابع پسماند تجدید پذیر اکسید کلسیم از پوسته زائد تخم مرغ به عنوان یک کاتالیست ناهمگن با فعالیت کاتالیستی بالا و ارزان پرداخته شده است.
معمول ترین روش تولید بیودیزل ترانس استریفیکاسیون است که در راندمان این واکنش عواملی نظیر نسبت مولی الکل به روغن، نوع الکل ،نوع و میزان کاتالیست ،دما و زمان واکنش ،خلوص واکنش گر ها از نظر میزان اسید چرب آزاد موثر می باشد. در نهایت با انجام آزمایشات راندمان بهینه برای تولید بیودیزل با نسبت مولی 10:1 متانول به روغن و 1 گرم پوسته تخم مرغ به عنوان کاتالیزور ،دمای 80 درجه سانتی گراد و به مدت 90 دقیقه معرفی شد. سرانجام با پارامترهای بهینه ، راندمان بیودیزل % 84 بدست آمد.
.1مقدمه
آلودگیهای زیست محیطی تولید شده توسط ترکیب سوخت های فسیلی باعث شدید اثر گلخانه ای و گرم شدن زمین میشوداز اینرو، سوخت های جایگزین تجدیدپذیر و پاک بدست آمده توجه ها را در مصارف کنونی و آینده به خود جلب کردهاند .
آلکیل استرها - بیودیزل - که میتوان از روغنهای گیاهی و چربی های حیوانی تولید شود، سوخت پیشنهاد شده برای ماشین های دیزل است که خصوصیات نزدیکی با سوخت های دیزل دارد. تولید بیودیزل با روش ترانس استریفیکاسیون می باشد که در این عملیات الکل استر با یک الکل دیگر در طی فرایندی جایگزین میشود .این فرایند به طور گسترده ای در کاهش ویسکوزیته روغن ها جهت رسیدن به ویژگی فیزیکی مورد نظر برای افزایش راندمان موتور انجام می شود.
بیودیزل غیرسمی، زیست تخریب پذیر و دوستدار طبیعت است و روز به روز بیشتر مورد توجه قرار میگیرند. بیودیزل تقریبا سولفوری ندارند و در تولید گازهای گلخانهای به علت بسته بودن چرخه کربنشان دخالتی ندارند. از طرفی دیگر، استفاده از بیودیزل در ماشینهای دیزل میتواند وابستگی به سوختهای خارجی را کاهش دهد و یک تجارت جدید برای محصولات خانگی ایجاد کند
قیمت بالای تمام شده بیودیزل بزرگترین مانع تولید تجاری این سوخت می باشد که لزوم استفاده از منابع ارزان را مطرح می نماید؟ از سوی دیگر نیز افزایش روز افزون منابع پسماند حاصل از زندگی انسان ها و آلودگی حاصل از آن به عنوان یک نگرانی جدی مطرح می باشد .
مناسب ترین روش تولید بیودیزل از مواد پسماند، استفاده از روش دو مرحله ای استریفیکاسیون اسیدی و ترانس استریفیکاسیون بازی است. در این فرآیندها، در ابتدا اسیدهای چرب آزاد موجود در حضورکاتالیزوری اسیدی به بیودیزل تبدیل - مرحله استریفیکاسیون - و در مرحله بعد پس از کاهش درصد اسیدهای چرب آزاد خوراک تا حداکثر حد مجاز - %0,5 وزنی - ، تری گلیسیریدهای موجود در حضور کاتالیزوری قلیایی به بیودیزل تبدیل می شود - مرحله ترانس استریفیکاسیون -
از بزرگترین مزایای این روش می توان به سرعت بالای واکنش ترانس استریفیکاسیون و عدم حساسیت فرآیند نسبت به کیفیت خوراک مورد استفاده اشاره کرد.در میان اکسیدهای فلزات قلیایی خاکی، اکسید کلسیم به دلیل تنوع منابع، فعالیت کاتالیستی خوب و امکان بازیابی و استفاده مجدد در واکنش بیشترین استفاده در واکنش تبادل استری جهت تولید بیودیزل را به خود اختصاص داده است
به دلیل قیمت تمام شده بالای بیودیزل و کمک به کاهش آلودگی محیط زیست، استفاده از منابع ارزان و پسماند مورد توجه می باشد ؟از جمله منابع پسماند تجدید پذیر اکسید کلسیم می توان به پوسته تخم پرندگان و پوست نرم تنان اشاره نمود که پژوهش های صورت گرفته نشان می دهند که از این کاتالیست ها می توان به عنوان کاتالیست های ارزان، تجدید پذیر، قابل بازیابی و استفاده مجدد و همچنین با فعالیت کاتالیستی بالا در مقیاس صنعتی تولید بیودیزل استفاده نمود.
در زمینه تحقیق بر روی پوسته تخم پرندگان، Weiو همکارانش [3] تولید بیودیزل در حضور پوسته تخم مرغ به عنوان کاتالیست را در واکنش تبادل استری روغن سویا با متانول بررسی نمودند ؟آنها گزارش کردند که تغییر در ساختار پوسته تخم ها در دمای هفتصد درجه سانتی گراد مشاهده شده است و در دماهای بالاتر قالب ذرات به صورت نامنظم درآمده است
در پژوهش دیگری Sharmaو همکارانش[4] تولید بیودیزل با استفاده از واکنش تبادل استری روغن کنجد در حضورپوسته تخم مرغ را بررسی نمودند ؟آنها گزارش نمودند که در طی انجام کلسیناسیون پوسته تخم مرغ، در دو دمای چهارصد و هفتصددرجه سانتی گراد کاهش وزن کاتالیست نسبت به وزن اولیه آن مشاهده شده است که دلیل آن تجزیه و کاهش مقدار اندک نا خالصی های غیر آلی بر روی پوسته گزارش شده است
Nijuو همکارانش[5] بر روی تولید بیودیزل از طریق واکنش تبادل استری روغن پسماند با استفاده از پوسته تخم مرغ تهیه شده به روش calcination-hydration-dehydrationجهت تهیه کاتالیست اکسید کلسیم با فعالیت بالا پژوهش نمودند ؟در این پژوهش پوسته تخم مرغ ها در ابتدا با آب مقطر شسته شستشو شدند ؟ آنها دمای نهصد درجه سانتی گراد برای کلسینه کردن انتخاب نمودند.
.2موادها و روش ها .1,2مواد ها و تجهیزات
روغن سرخ کردنی پسماند از یک رستوران با نام آکواریوم در شهرستان کلاردشت استان مازندران تهیه گردید.این روغن در ابتدا بسیار کدر و تیره و دارای ناخالصی های جامد مانند ذرات غذا و مقداری آب بود.برای حذف این ناخالصی ها ابتدا آنها را در دمای 120 درجه سانتی گراد حرارت دادیم و سپس از صافی عبور داده شد تا آماده ی مصرف در تولید بیودیزل شود.
پوسته تخم مرغ از یک شیرینی فروشی در شمال ایران جمع اوری شده است. پوسته تخم مرغ توسط آب مقطر شسته شد و گرد و غبار و ناخالصی ها حذف گردید و پس از آن به مدت 24 ساعت در یک آون در دمای 105 درجه سانتی گراد خشک گردید و سپس خرد شد و به شکل پودردر امد - شکل . - 1 و در دمای 700 درجه سانتی گراد به مدت 4 ساعت در کوره کلسینه شد و به عنوان کاتالیست مورد استفاده قرار گرفت . همچنین دراین آزمایش متانول %99,9 مرک، کاتالیزور KOH مرک،اسید HCL،روغن سرخ کردنی پسماند،فنل فتالین،آب مقطر واتانول 96 درجه مورد استفاده قرار گرفت.
شکل-1آماده سازی کاتالیست CaO خارج شده از پوسته تخم مرغ
.2,2 شرایط استریفیکاسیون
اگر مقدار اسیدهای چرب بکارگرفته شده در روغن بیش از %1 باشد ، این ناخالصی ها باعث ایجاد مشکلاتی در جداسازی بیودیزل می گردد . عمل رفلاکس که چند ساعتی به طول می انجامد دارای دو فاز خواهد بود ، فاز بالایی آب و فاز پایینی مخلوط روغن و حلال می باشد - به دلیل حضورمقداری حلال، روغن علی رغم سبک تر بودن نسبت به آب، در فاز پایین قرار می گیرد - .سپس جداسازی فاز آب از روغن انجام می گیرد و فاز آب دور ریخته می شود.به دلیل وجود کلرید سنگی که حاوی مقدار زیادی اسید بود،pH افزایش یافت و مانع تولید بیودیزل شد.نمونه ها را به مدت یک روز شست وشو داده و ابزار تجزیه کننده را جهت جداسازی آب و بیودیزل به کار بردیم
