Produzione efficiente di biodiesel da acido oleico e palmitico utilizzando un nuovo metallo molibdeno

Dec 23, 2023

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 10338 (2022) Citare questo articolo

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In questo studio, la struttura metallo-organica a base di molibdeno e acido piperidina-4-carbossilico è stata sintetizzata attraverso un semplice metodo solvotermico e impiegata come catalizzatore efficace per la produzione di biodiesel da acido oleico e acido palmitico tramite reazione di esterificazione. Il catalizzatore preparato è stato caratterizzato mediante XRD, FTIR, TGA, DSC, BET, SEM, TEM, ICP-OES, mappatura a raggi X e analisi EDX. Il catalizzatore Mo–MOF risultante mostra una morfologia bastoncino, un'area superficiale specifica di 56 m2/g e stabilità termica fino a 300 °C. Il catalizzatore solido ha mostrato elevate attività per l'esterificazione dell'acido oleico e dell'acido palmitico. Inoltre, il catalizzatore potrebbe essere semplicemente recuperato e riutilizzato in modo efficiente per diverse volte senza perdita significativa della sua attività, inoltre i risultati ottenuti hanno rivelato che la struttura metallo-organica potrebbe essere utilizzata per la produzione appropriata e rapida di biodiesel.

A causa del crescente inquinamento ambientale e del riscaldamento globale causato dai combustibili fossili, molti studi stanno cercando di sviluppare tecnologie di energia rinnovabile. In questo contesto, si ritiene che il biodiesel abbia il maggior potenziale per ridurre la quantità di particolato1, CO22 e emissioni di gas serra3 a causa dell’elevato numero di ottano4 e della bassa viscosità5 che lo rendono un’alternativa promettente ed economicamente fattibile ai comuni combustibili fossili6. Il biodiesel è un'energia rinnovabile che può essere prodotta mediante transesterificazione dei trigliceridi presenti nell'olio di biomassa (come olio vegetale e grasso animale) con metanolo7. I metodi tradizionali di produzione del biodiesel utilizzano condizioni omogenee in presenza di basi o di un catalizzatore acido come acido solforico e idrossido di sodio8. Questi sistemi omogenei soffrono di limitazioni quali la corrosione dei reattori, il difficile recupero e riciclabilità del catalizzatore e l'inquinamento ambientale9,10. In questo contesto, i catalizzatori eterogenei offrono maggiori vantaggi rispetto ai catalizzatori omogenei, come quelli riciclabili10,11, facilitano il processo di separazione-purificazione12, elevata purezza del glicerolo13 e non corrosivi14. Ad oggi sono stati offerti numerosi catalizzatori acidi e basici solidi con funzionalità strutturali e superficiali sintonizzabili e molti di essi mostrano un'elevata attività catalitica per la resa di produzione di biodiesel. I catalizzatori a base solida eterogenei solitamente forniscono velocità più elevate rispetto alle controparti acide in condizioni di reazione più blande. Tuttavia, non possono essere impiegati direttamente per oli contenenti più del 2% in peso di FFA a causa di reazioni collaterali, come la saponificazione e l'idrolisi, e riducono sia l'attività catalitica che la resa in esteri15. Pertanto, i catalizzatori acidi solidi vengono applicati quando si tratta di oli vegetali di bassa qualità o non commestibili contenenti quantità significative di FFA e acqua15. I composti del molibdeno sono stati riconosciuti come catalizzatori versatili, grazie alla capacità di questo metallo di trovarsi sulla superficie solida in diversi stati di ossidazione, che vanno dal Mo6+ al Mo metallico (Mo0)16.

Molibdato di sodio anidro17, MoO318 sfuso, molibdeno di silice MoO3/B-ZSM-519 supportato su allumina20, silice, silice-allumina e titania21,22, nonché carbonio23 sono stati utilizzati come catalizzatori di esterificazione e transesterificazione per la produzione di biodiesel da diversi oli, compresi gli oli usati. Gandía et al., hanno descritto l'applicazione di ossido di molibdeno sfuso e supportato da Al2O3 per la produzione di biodiesel dal petrolio. Esperimenti di controllo hanno dimostrato che il MoO3 in massa è molto attivo sia per le reazioni di transesterificazione che per quelle di esterificazione, ma soffre di una grave lisciviazione del molibdeno nel mezzo di reazione.

Rispetto al MoO3 sfuso, il MoO3 supportato da allumina porta a un utilizzo più efficiente della fase attiva e a una maggiore stabilità nei confronti della lisciviazione del molibdeno da parte del mezzo di reazione24. In questo studio, è stato introdotto un nuovo MOF come catalizzatore separabile altamente efficiente per la produzione di biodiesel da acido oleico e acido palmitico tramite una reazione di esterificazione. Negli ultimi anni, le strutture metallo-organiche (MOF) stanno attirando sempre più attenzione grazie alle loro importanti proprietà come composizione controllabile25, ampia area superficiale26,27, stabilità termica28, flessibilità e facile preparazione29. I MOF sono costruiti da SBU collegate da linker organici per formare reti di coordinamento estese. I linker ampiamente utilizzati nei MOF sono chelanti organici rigidi come amminoacidi, acido tereftalico e ligandi policarbossilati. Molti fattori influenzano l’attività dei MOF, come il ligando organico, il tipo di solvente, la dimensione delle particelle e il tipo di metallo. Strutture metallo-organiche (MOF) note come polimeri di coordinazione, oggetto di studio da parte di molti ricercatori per applicazioni avanzate, tra cui catalisi30,31,32, separazione33,34, stoccaggio di gas35, cattura di anidride carbonica36. I MOF hanno principalmente nanostrutture regolabili e proprietà porose. Tuttavia, essendo un buon trasportatore, il MOF ha anche le sue prestazioni catalitiche intrinseche. Inoltre, i materiali catalitici funzionali basati su MOF mostrano un grande potenziale nella produzione di biodiesel e in altre bioraffinerie rilevanti. Nella Tabella 1, sono stati scelti tipici catalizzatori bifunzionali eterogenei da confrontare con catalizzatori bifunzionali basati su MOF per la produzione di biodiesel. Questi studi hanno rivelato che il MOF con gruppi amminici (base di Brønsted) ha mostrato un'elevata attività catalitica e condizioni blande per la produzione di biodiesel rispetto a un altro catalizzatore acido-base eterogeneo (Tabella 1).