Переэтерификация подсолнечного масла в среде суб- и сверхкритического диметилкарбоната

Разработка экологически безопасных способов получения биодизельного топлива и освоение новых возобновляемых источников энергии на сегодняшний день являются актуальными задачами. Цель работы – оценка влияния продолжительности и температуры обработки подсолнечного масла в среде суб- и сверхкритического диметилкарбоната на выход и состав метиловых эфиров карбоновых кислот. Эксперимент выполнен в автоклаве периодического типа в интервале температур 150–325 °С, мольное соотношение масло : диметилкарбонат = 1 : 9. Химический состав продуктов переэтерификации исследован методом ГХ-МС. Показано, что в субкритических условиях в интервале 150–225 °С переэтерификация масел практически не происходит. Увеличение выхода метиловых эфиров наблюдается при температурах выше 225 °С с максимумом (90,6 % масс.) в сверхкритической области при 280 °С. При обработке в субкритических условиях в течение 9 мин выход метиловых эфиров не превышает 80 % масс. При этом в составе продуктов переэтерификации наряду с метиловыми эфирами обнаружены моно- и диглицериды жирных кислот, метанол, глицерин и продукты его превращений, содержание которых с повышением температуры снижается. Продукт переэтерификации масла в сверхкритических условиях представлен по составу метиловыми эфирами карбоновых кислот. Содержание примесей не более 1 %. Влияние продолжительности обработки на выход метиловых эфиров наиболее выражено в субкритических условиях процесса. В сверхкритических условиях более 80 % триглицеридов масла превращается в метиловые эфиры карбоновых кислот в течение 3–5 мин обработки. На основании проведенных исследований обоснован выбор температурных условий процесса переэтерификации масла в среде диметилкарбоната и получены дополнительные сведения о составе продуктов.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

1. Balat M, Balat H. Progress in biodiesel progressing. Applied Energy. 2010;87(6):1815–1835. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2010.01.012

2. Wan Z, Hameed BH. Transesterification of palm oil to methyl ester on activated carbon supported calcium oxide catalyst. Bioresource Technology. 2011;102(3):2659–2664. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2010.10.119

3. Zabeti M, Wan Daud WMA, Aroua MK. Activity of solid catalysts for biodiesel production: A review. Fuel Processing Technology. 2009;90(6): 770–777. https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2009.03.010

4. Kim H-J, Kang B-S, Kim M-J, Park YM, Kim D-K, Lee J-S, et al. Transesterification of vegetable oil to biodiesel using heterogeneous base catalyst. Catalysis Today. 2004;93-95:315–320. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2004.06.007

5. D’Cruz A, Kulkarni MG, Meher LC, Dalai AK. Synthesis of biodiesel from canola oil using heterogeneous base catalyst. Journal of the American Oil Chemists Society. 2007;84(10):937–943. https://doi.org/ 10.1007/s11746-007-1121-x

6. Irmawati R, Shafizah I, Nur Sharina A, Abbastabar Ahangar H, Taufiq-Yap YH. Transester ification of Palm Oil by Using Silica Loaded Potassium Carbonate (K2CO3/SiO2) Catalysts to Produce Fatty Acid Methyl Esters (FAME). Energy and Power. 2014;4(1):7–15. https://doi.org/10.59 23/j.ep.20140401.02

7. Encinar JM, Sámchez N, Martínez G, García L. Study of biodiesel production from animal fats with high free fatty acid content. Bioresource Technology. 2011;102(23):10907–10914. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2011.09.068

8. Kusdiana D, Saka S. Methyl Esterification of Free Fatty Acids of Rapeseed Oil as Treated in Supercritical Methanol. Journal of Chemical Engineering of Japan. 2001;34(3):383–387. https://doi.org/10.1252/jcej.34.383

9. Zhou C, Wang C, Wang W, Wu Y, Yu F, Chi R, et al. Continuous production of biodiesel from soybean oil using supercritical methanol in a vertical tubular reactor: I. Phase holdup and distribution of intermediate product along the axial direct direction. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2010;18:626–629.

10. Kusdiana D, Saka S. Kinetics of transesterification in rapeseed oil to biodiesel fuel as treated in supercritical methanol. Fuel. 2001;80(5):693–698. https://doi.org/10.1016/S0016-2361(00)00140-X

11. Vieitez I, Pardo MJ, da Silva C, Bertoldi C, de Castilhos F, Oliveira JV, et al. Continuous synthesis of castor oil ethyl esters under supercritical ethanol. Journal of Supercritical Fluids. 2011;56(3): 271–276. https://doi.org/10.1016/j.supflu.2010.10.034

12. Vieitez I, Irigaray B, Casullo P, Pardo MJ, Grompone MA, Jachmanian I. Effect of free fatty acids on the efficiency of the supercritical ethanolysis of vegetable oils from different origins. Energy and Fuels. 2012;26(3):1946–1951. https://doi.org/10.1021/ef201977s

13. Vieitez I, da Silva C, Alckmin I, de Castilhos F, Oliveira JV, Grompone MA, Jachmanián I. Stability of ethyl esters from soybean oil exposed to high temperatures in supercritical ethanol. Journal of Supercritical Fluids. 2011;56(3):265-270. https://doi.org/10.1016/j.supflu.2010.10.033

14. Tan KT, Gui MM, Lee KT, Mohamed AR. Supercritical alcohol technology in biodiesel production: a comparative study between methanol and ethanol. Energy Sources. Part A. 2010;33(2):156– 163. https//doi.org/10.1080/15567030902937226

15. Velez A, Soto G, Hegel P, Mabe G, Pereda S. Continuous production of fatty acid ethyl esters from sunflower oil using supercritical ethanol. Fuel. 2012;97:703–709.

16. Ilham Z, Saka S. Dimethyl carbonate as potential reactant in non-catalytic biodiesel production by supercritical method. Bioresource Technology. 2009;100(5):1793–1796. https//doi.org/10.1016/j.biortech.2008.09.050

17. Kwon EE, Yi H, Jeon YJ. Boosting the value of biodiesel byproduct by the non-catalytic transesterificationof dimethyl carbonate via a continuous flow system under ambient pressure. Chemosphere. 2014;113:87–92. https//doi.org/10.1016/j.chemosphere.2014.04.055

18. Fabbri D, Bevoni V, Notari M, Rivetti F. Properties of a potential biofuel obtained from soybean oil by transmethylation with dimethyl carbonate. Fuel. 2007;86(5-6):690–697. https//doi.org/10.1016/j.fuel.2006.09.003

19. Dawodu FA, Ayodele OO, Xin J, Zhang S. Dimethyl carbonate mediated production of biodiesel at different reaction temperatures. Renewable Energy. 2014;68:581–587. https//doi.org/10.1016/j.renene.2014.02.036

20. Ilham Z, Saka S. Optimization of supercritical dimethyl carbonate method for biodiesel production. Fuel. 2012;97:670–677. https//doi.org/10.1016/j.fuel.2012.02.066

21. Ilham Z, Saka S. Two-step supercritical dimethyl carbonate method for biodiesel production from Jatropha curcasoil. Bioresource Technology. 2010;101(8):2735–2740. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2009.10.053