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Aug 12, 2023

Microonde

Scientific Reports volume 12,

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 21455 (2022) Citare questo articolo

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In questo studio, abbiamo sintetizzato un catalizzatore acido solido mediante buccia di noce di areca utilizzando il metodo di carbonizzazione idrotermale a bassa temperatura. Il catalizzatore fabbricato ha siti attivi solfonici migliorati (3,12%) e un'elevata densità di acido (1,88 mmol g−1) grazie a –SO3H, che vengono utilizzati in modo significativo per un'efficace sintesi di biodiesel a basse temperature. La composizione chimica e la morfologia del catalizzatore sono determinate mediante varie tecniche, come l'infrarosso con trasformata di Fourier (FTIR), la diffrazione di raggi X su polveri (XRD), Brunauer–Emmett–Teller (BET), microscopio elettronico a scansione (SEM), energia dirompente spettroscopia (EDS), mappatura, analisi termogravimetrica (TGA), analizzatore CHNS, microscopia elettronica a trasmissione (TEM), analizzatore della dimensione delle particelle e spettroscopia fotoelettronica a raggi X (XPS). Il metodo di titolazione acido-base è stato utilizzato per determinare la densità acida del materiale sintetizzato. In presenza del catalizzatore così come fabbricato, la conversione dell'acido oleico (OA) in metil oleato ha raggiunto il 96,4% in 60 minuti in condizioni ottimizzate (rapporto acido oleico: metanolo 1:25, 80 ° C, 60 minuti, 9% in peso dosaggio del catalizzatore) e si è osservata una bassa energia di attivazione di 45,377 kJ mol−1. La presenza della struttura porosa e dei gruppi solfonici del catalizzatore contribuisce all'elevata attività del catalizzatore. La sintesi del biodiesel è stata confermata mediante spettrometro di massa gascromatografico (GC-MS) e risonanza magnetica nucleare (NMR). La riutilizzabilità del catalizzatore è stata esaminata fino a quattro cicli consecutivi, ottenendo un'elevata trasformazione dell'85% di OA in metil oleato nel quarto ciclo catalitico.

Lo sviluppo sostenibile si riferisce a metodi efficaci per soddisfare l’attuale domanda di energia utilizzando le risorse naturali e preservandole per le generazioni successive1. Attraverso le imprese manifatturiere e le agenzie governative, la civiltà scientifica e tecnica è stata massimizzata nell’incoraggiare iniziative di ricerca sull’edilizia abitativa, sui materiali, sull’energia pulita, sulla sicurezza alimentare e persino sulla pianificazione urbana2. Anche se in precedenza è stato condotto uno studio approfondito sull'esplorazione energetica dei giacimenti di petrolio greggio con metodi migliorati di recupero del petrolio, gli aspetti economici del suo utilizzo utilizzando la tecnologia attuale rimangono molto discutibili. Entro il 2040, si prevede che la popolazione mondiale crescerà del 50%, con conseguente aumento del consumo di energia. Tuttavia, per alleviare gli attuali cambiamenti climatici e le emissioni di CO2, il divario tra domanda e offerta di energia deve essere ridotto utilizzando fonti rinnovabili3,4.

Il biodiesel o FAME (estere metilico degli acidi grassi) è una fonte di energia biodegradabile, rinnovabile, non tossica e a zero emissioni di CO2. Le caratteristiche di combustione del biodiesel sono incredibilmente simili al diesel del petrolio5. Caratteristiche fisiche e chimiche simili suggeriscono che il biodiesel può essere utilizzato nei motori diesel senza richiedere modifiche al motore. Grazie al suo incredibile potenziale come preziosa fonte di energia per il futuro, diversi ricercatori hanno lavorato per utilizzare il biodiesel come fonte di energia sostenibile6. La produzione di biodiesel fa spesso uso di catalizzatori sia eterogenei che omogenei. L'utilizzo di catalizzatori omogenei presenta vari svantaggi a causa dell'elevata sensibilità all'acqua e agli acidi grassi liberi7. Inoltre, i catalizzatori omogenei portano all'accumulo di sapone a causa della reazione collaterale. Di conseguenza, è stata prestata maggiore attenzione allo sviluppo di catalizzatori di esterificazione in fase solida. Per la formazione di biodiesel sono disponibili numerosi catalizzatori acidi e basici, inclusi ossidi misti, ossidi di metalli di transizione, ossidi metallici, idrotalcite, resina a scambio ionico, zeoliti e a base di carbonio. Il carburante ottenuto da biomassa di alghe, piante non commestibili, grassi animali e oli usati viene pubblicizzato come una valida alternativa o aggiunta al diesel tradizionale5,6. I catalizzatori eterogenei derivati ​​da sostanze chimiche presentano anche diversi svantaggi come la lisciviazione, la microporosità, un minor numero di siti attivi, la tossicità e l'incompatibilità con l'ambiente8,9. D'altra parte, i catalizzatori eterogenei spesso causano metodi di fabbricazione costosi e complessi come numerosi passaggi e temperature elevate o non utilizzano risorse biogeniche. I catalizzatori derivati ​​dalla biomassa a basso costo per la produzione di biodiesel vengono utilizzati per sostituire i combustibili fossili convenzionali, rendendoli un’alternativa interessante10. Di conseguenza, gli scienziati sono ora costretti a sviluppare biodiesel da biomassa sostenibile e fonti non commestibili. I materiali a base di carbonio guadagnano interesse grazie alla sostenibilità, all’economicità, alle risorse economiche e rinnovabili. I materiali carboniosi hanno applicazioni significative come la produzione di combustibile catalitico11, lo stoccaggio di energia12 e gli aerogel di carbonio13. Il fascino di utilizzare la biomassa in questo modo deriva dalla possibilità di ridurre la produzione manifatturiera riutilizzando risorse naturali generalmente sostenibili e non tossiche. I catalizzatori eterogenei derivati ​​dalla biomassa offrono alternative rispettose dell'ambiente poiché non sono tossici, non sono corrosivi, non generano rifiuti secondari e sono facilmente separabili dalla miscela di reazione. Inoltre, la biodegradazione del catalizzatore non desta preoccupazione a causa del problema dello smaltimento. L'efficace catalizzatore fabbricato a partire dalla biomassa ha un'ampia superficie e un ampio diametro dei pori14.