新しいモリブデン金属を使用したオレイン酸とパルミチン酸からの効率的なバイオディーゼル生産

Jan 26, 2024

Scientific Reports volume 12、記事番号: 10338 (2022) この記事を引用

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この研究では、モリブデンとピペリジン-4-カルボン酸をベースにした有機金属骨格を単純なソルボサーマル法で合成し、エステル化反応によるオレイン酸とパルミチン酸からのバイオディーゼル製造の効果的な触媒として使用しました。 調製された触媒は、XRD、FTIR、TGA、DSC、BET、SEM、TEM、ICP-OES、X線マッピングおよびEDX分析によって特性評価されました。 得られた Mo-MOF 触媒は棒状の形態、比表面積 56 m2/g、および 300 °C までの熱安定性を示します。 この固体触媒はオレイン酸やパルミチン酸のエステル化に対して高い活性を示した。 さらに、触媒は簡単に回収でき、その活性を大きく損なうことなく数回効率的に再利用でき、また得られた結果は、金属有機骨格が適切かつ迅速なバイオディーゼル生産に使用できることを明らかにした。

化石燃料による環境汚染や地球温暖化の進行により、多くの研究が再生可能エネルギー技術の開発を模索しています。 これに関連して、バイオディーゼルは、オクタン価 4 が高く、粘度 5 が低いため、粒子状物質 1、CO22、温室効果ガス排出量 3 を削減する可能性が最も高いと考えられており、一般的な化石燃料 6 に代わる有望かつ経済的に実現可能な代替品となります。 バイオディーゼルは、バイオマス油（植物油や動物性脂肪など）中のトリグリセリドをメタノールでエステル交換することによって生成できる再生可能エネルギーです7。 従来のバイオディーゼル製造方法は、塩基または硫酸や水酸化ナトリウムなどの酸触媒の存在下で均一な条件を利用します8。これらの均一なシステムには、反応器の腐食、触媒の回収とリサイクルの困難さ、環境汚染などの制限があります9,10。 これに関連して、不均一触媒は、リサイクル可能 10,11、分離精製プロセスの容易さ 12、グリセロール純度の高さ 13、腐食性のなさ 14 など、均一触媒よりも多くの利点を提供します。 現在までに、調整可能な構造および表面機能を備えた多数の固体酸触媒および固体塩基触媒が提供されており、それらの多くはバイオディーゼル生産収率に対して高い触媒活性を示しています。 不均一固体塩基触媒は、通常、酸対応物と比較して、穏やかな反応条件下でより高い速度を提供します。 しかし、ケン化や加水分解などの副反応のため、FFA が 2 wt% を超える油には直接使用できず、触媒活性とエステル収率の両方が低下します 15。 したがって、多量の FFA と水を含む低品質または非食用植物油を処理する場合には、固体酸触媒が適用されます15。 モリブデン化合物は、この金属が Mo6+ から金属 Mo (Mo0)16 までのさまざまな酸化状態で固体表面に存在できるため、多用途の触媒として認識されています。

無水モリブデン酸ナトリウム17、バルクMoO318、アルミナ20、シリカ、シリカ-アルミナ、チタニア21,22に担持されたシリカMoO3/B-ZSM-519モリブデン21、22、および炭素23は、いくつかの油からバイオディーゼルを製造するためのエステル化およびエステル交換触媒として使用されています。廃油も含めて。 Gandía らは、石油からバイオディーゼルを製造するためのバルク酸化モリブデンと Al2O3 担持酸化モリブデンの応用について説明しています。 対照実験では、バルク MoO3 はエステル交換反応とエステル化反応の両方に対して非常に活性であるが、反応媒体中でモリブデンの深刻な浸出が発生することが示されました。

バルク MoO3 と比較して、アルミナ担持 MoO3 は活性相をより効率的に利用し、反応媒体によるモリブデン浸出に対する安定性を高めます24。 本研究では、エステル化反応によりオレイン酸とパルミチン酸からバイオディーゼルを製造するための高効率な分離可能な触媒として、新規MOFを導入しました。 近年、金属有機フレームワーク（MOF）は、制御可能な組成 25、大きな表面積 26,27、熱安定性 28、柔軟性、調製の容易さ 29 などの重要な特性により、ますます注目を集めています。 MOF は、有機リンカーによって接続された SBU から構築され、拡張された調整ネットワークを形成します。 MOF で広く使用されているリンカーは、アミノ酸、テレフタル酸、ポリカルボキシレート リガンドなどの硬質有機キレート剤です。 有機リガンド、溶媒の種類、粒子サイズ、金属の種類など、多くの要因が MOF の活性に影響します。 配位高分子として知られる金属有機骨格 (MOF) は、触媒作用 30,31,32、分離 33,34、ガス貯蔵 35、二酸化炭素回収 36 などの高度な応用を目指して多くの研究者によって研究されています。 MOF は主に、調整可能なナノ構造と多孔質特性を備えています。 ただし、MOF は優れた担体として、固有の触媒性能も備えています。 さらに、MOF ベースの機能性触媒材料は、バイオディーゼル生産やその他の関連するバイオ精製において大きな可能性を示しています。 表 1 では、バイオディーゼル製造用の MOF ベースの二官能性触媒と比較するために、代表的な不均一二官能性触媒が選択されています。 これらの研究により、アミノ基（ブレンステッド塩基）を有するMOFは、他の不均一酸塩基触媒よりも高い触媒活性と、バイオディーゼル生産のための温和な条件を示すことが明らかになりました（表1）。