Development of Structured Porous Heterogeneous Catalyst for Biodiesel Production by Transesterification of Vegetable Oil

Molti problemi ambientali sono causati dall'uso dei combustibili fossili nei motori. Il biodiesel è un'opzione promettente per sostituire questi carburanti perché è rinnovabile, biodegradabile e non tossico. Il processo più utilizzato per preparare il biodiesel è la transesterificazione omogenea degli oli vegetali, utilizzando NaOH o KOH, ma produce un'alta concentrazione di impurità nel prodotto. Per superare questo, l'uso di catalizzatori eterogenei viene sempre più studiato. Geopolymer (GP) è un materiale inorganico con una composizione chimica simile alla zeolite e una microstruttura variabile, ottenuta dalla reazione di alluminosilicati con un mezzo altamente alcalino che forma una rete 3D continua. Può essere usato come catalizzatore eterogeneo, a causa dell'elevato contenuto di metalli come Na e/o K, nonché di un'elevata basicità e di una superficie specifica. Il grande vantaggio dell'utilizzo di catalizzatori eterogenei è che possono essere recuperati mediante filtrazione e riutilizzati nel processo, rendendo la produzione di biodiesel più economica e generando meno effluenti da trattare. Questo lavoro ha indagato su GP che agisce come catalizzatori eterogenei per produrre biodiesel mediante la reazione di transesterificazione dell'olio di soia con metanolo. Sono stati prodotti tre tipi di polvere GP miscelando metacaolino con una soluzione alcalina attivante: GP a base di Na, a base di K e una miscela tra loro; sono stati trattati a 110, 300, 500 e 700 °C, quindi i GP a forma di reticolo sono stati progettati e prodotti da DIW, aggiungendo PEG e filler nella precedente formulazione e quindi, sono stati essiccati a 110 °C. Sono state prodotte strutture porose con Ø ~ 24 mm x 9,6 mm di altezza e parti non supportate. Tutti i materiali sono stati caratterizzati. La reazione di transesterificazione è stata effettuata utilizzando tutti i campioni come catalizzatore eterogeneo per valutare la resa di biodiesel riguardante la composizione GP, le condizioni di reazione e la morfologia dei campioni. In base ai risultati ottenuti in questo studio, è stato verificato che l'utilizzo di GP sia in polvere sia nella struttura come catalizzatore, è stato possibile ottenere biodiesel dalla transesterificazione dell'olio di soia. Confrontando i materiali con gli stessi rapporti molari, Na.K_GP trattato a 500 °C (polvere) ha ottenuto la conversione più alta (~98%). Per la struttura 3D testata nella reazione (3D_Na_GP1, 110 °C) è stata osservata una conversione, ma inferiore (~41%) rispetto a Na.K_GP, anche nella sua versione in polvere (~53%). Per verificare l'efficienza di conversione delle altre strutture (3D_K_GP1, Na.K_GP) sono necessari ulteriori studi.