بررسي و بهينه‌سازي توليد بايوديزل در حضور نانوساختار چارچوب ايميدازولي زئوليتي -8 (ZIF-8) با روش سطح پاسخ

Investigation and optimization of biodiesel production in the presence of Zeolitic Imidazolate Framework -8 (ZIF-8) Nano-structure by response surface method

در سال‌هاي اخير، يافتن يك سوخت جايگزين به دليل محدوديت منابع سوخت‌هاي فسيلي، افزايش قيمت نفت‌خام و اهميت نشر گازهاي گلخانه‌اي بسيار مورد توجه قرار گرفته است. بنابراين، تلاش براي كشف و بهره‌برداري از سوخت‌هاي سبز به‌طور پيوسته افزايش يافته است. بايوديزل از مهم‌ترين اعضاي اين خانواده از سوخت‌ها است. در اين پژوهش، فرايند استري‌شدن توليد بايوديزل براي نخستين بار با نانوساختار چارچوب ايميدازولي زئوليتي -8 (ZIF-8) تهيه شده با روش سبز، صنعتي و سازگار با محيط زيست، مورد بررسي قرار گرفت. چارچوب مذكور (ZIF-8) كه زيرمجموعه‌اي از خانواده بزرگ چارچوب‌هاي فلز-آلي (MOFs) است به دليل پايداري گرمايي و شيميايي بالا و سطح تماس بسيار بالا به‌عنوان كاتاليست ناهمگن در فرايند توليد بايوديزل انتخاب شد. شرايط عملياتي شامل زمان، دماي واكنش و نسبت مولي الكل به اسيد چرب مربوط به توليد بايوديزل با روش سطح پاسخ بهينه شد. تحت شرايط بهينه واكنش يعني دماي 70 درجه سانتي‌گراد، زمان حدود 70 دقيقه، مقدار 0/05 گرم از نانوكاتاليست ZIF-8 و كمترين مقدار ممكن نسبت مولي الكل به اسيد چرب: 15 به 1، بيشترين بازده توليد بايوديزل 57% به‌دست آمد. همچنين، مقدار انرژي فعال‌سازي در حضور كاتاليست مورد نظر، 6375 كيلوژول بر مول محاسبه شد.

In recent years, the discovery of an alternative fuel due to the limited availability of fossil fuels, rising of crude oil prices, and the importance of greenhouse gas emissions has been highlighted. So, demands to discovery and utilizing green fuels have been continually increased. Biodiesel is one of the most important members of this family of fuels. In this research, we have tried to study and evaluate the process of esterification of biodiesel production using ZIF-8 nano-structure synthesized by green, industrial and environmentally friendly method for the first time. The Zeolitic Imidazolate Framework-8 (ZIF-8) was selected of a subset of the large family of Metal-Organic Frameworks (MOFs), due to its high thermal and chemical stability and high contact surface as heterogeneous catalyst in the production process of biodiesel. Operating conditions including time, reaction, temperature, and molar ratio of alcohol to fatty acid related to the production of biodiesel were optimized by the response surface methodology using Design Expert software. The maximum yield of biodiesel production of 57.62% has been achieved under reaction temperature 70 °C, reaction time 70 min, 0.05 g of ZIF-8 nano catalyst and minimum possible molar ratio of alcohol to fatty acid 14/65:1. Furthermore, the amount of activation energy in the presence of the ZIF-8 was calculated 6.375 kJ/mol.