原文
，卷:18(1)

• 查看PDF
• 下载

以沙漠枣(Balanites aegyptiaca)种子油为原料，采用多相催化剂从红木(Khaya senegalensis)果壳生产生物柴油

*通信:

Dass点尼日利亚莫迪博阿达马理工大学物理科学学院化学系电话:+234 703 523 8419;电子邮件: (电子邮件保护)

摘要

生物柴油是可再生能源能源哪一个被认为是对抗的关键解决方案全球变暖为了稳定气候通过减少温室气体排放。用沙漠枣籽油生产生物柴油使用多相催化剂。以红木果壳为催化剂进行物理活化研究。经理化分析，埃及巴兰籽油得率49.9%，皂化值168.6 mgKOH/g，碘值78.7 gl2/100 g，游离脂肪酸0.18 mgKOH/ kg，比重0.927，为不干燥油。采用傅里叶变换红外光谱法确定催化剂的不同官能团，并通过扫描电镜研究催化剂的表面形貌。物理活化后在3164.5 cm-1处出现宽带，在2482.4 cm-1、2117.1、1871.1 cm-1和1561.8 cm-1处出现极弱峰，在1408.9 cm-1、872.2 cm-1和3164.5 cm-1处出现强峰。这些峰对应于C- h拉伸、C-C拉伸、C=O、N-H、C-O和C- h弯曲。扫描电镜(SEM)显示，其表面并不光滑，而是由一些脊状、裂纹和孔隙组成。生物柴油收率80.0%，比重0.88，粘度5.7 mm2/s。GC-MS显示不同保留时间脂肪酸甲酯的存在。各种甲酯的存在表明，酯化反应能够合成独特的化合物，甚至是结构异构体。本工作得出结论，埃及巴兰籽油是一种很好的原料生物柴油生产。

关键字

Balanite aegyptiaca;生物柴油;非均相催化剂;桃花心木;种子油

简介

植物油的酯化反应形成生物柴油直接酸、酶或碱催化剂均可。然而，碱式催化剂常用于生物柴油生产由于其最小的缺点。虽然，他们是高度吸湿和较低的有效存在高浓度的游离脂肪酸，需要不断再生进一步使用。考察了催化剂浓度、醇油摩尔比、温度和搅拌速率对合成的影响生物柴油生产已被研究(Meher等人)[1］．

生物柴油是一种可再生、可生物降解、污染物排放少、颗粒物、挥发性有机化合物和未燃烧的碳氢化合物，无毒、更环保燃料减少温室气体排放[2-6］．

尼日利亚目前进口约80%她的自2015年以来，海外石油产品、原油价格下跌和其他微观经济活动导致经济衰退(Oniya和Bamgboye) [7］．

石油基燃料的替代来源，包括柴油和汽油燃料，生产原材料的成本生物柴油在商业规模上是一个严峻的挑战[8，9］．此外，使用食用初榨油如葵花籽、菜籽油、棕榈油、大豆油等生产生物柴油是有争议的。因此，非食用油，浪费油和动物脂肪开辟了一个新的领域。10］．

非洲桃花心木senegalensis广泛分布在撒哈拉以南非洲，是珍贵的木材，燃料木材和药用用途(阿诺德)[11］．的果实非洲桃花心木senegalensis为球形木质蒴果，直径4-6厘米，含至少6粒种子。红木种子含油量约53% (Eromosele等)[12]，用于传统医学几个非洲社区(Bamaiyi等人)[13］．然而，果壳的工业应用还没有得到适当的记录。

从碳质材料生产固体催化剂需要谨慎的方法，以便所有中间体的物理或机械性能不被破坏。推荐过滤、干燥、煅烧和成型，而不是分批方法(Mueller等)[14］．物理活化过程是对前驱体进行热分解和控制活化气化在800℃至1000℃之间的材料，尽管在没有任何预先生产的焦炭的情况下进行[15］．

材料与方法

资料收集

沙漠日期(Balanites aegyptiaca)水果是在Girei的Girei市场购买的当地政府阿达马瓦州地区-尼日利亚。桃花心木(非洲桃花心木senegalensis)果壳是在尼日利亚约拉阿达马瓦州吉莱地方政府区的莫迪博阿达马理工大学校园里收集的。根据ASTM D5369-93方法进行取样。

方法

原料预处理:桃花心木的外壳(非洲桃花心木senegalensis)洗净，晒干两天，粉碎成小颗粒(图1一个而且1 b)．将压碎的样品用蒸馏水洗净至洗净水无色，然后在110°C的烤箱中烘干8小时，以去除水分和其他挥发物。预处理后的材料保存在样品容器中进行碳化和活化过程(Girgis和Ishak) [16］．

物理活化:这是根据Abdul等人使用的方法进行的。[17］．取5 g预处理后的材料放在坩埚中，在1000℃下碳化2小时。样品在干燥器中冷却后取出研磨，用300 μm筛分，保存在气密瓶中。

物理活化产生的催化剂的形态研究:采用25kv扫描电子显微镜对物理活化制备的红木果壳催化剂的形貌进行了研究。烘箱干燥的多孔样品被安装在粘在铝根上的碳胶带上，随后在JFC-1100溅射涂布机中溅射铂涂层5分钟。SEM放大倍数分别为370,500,1000和1500。

红木果壳催化剂的傅里叶变换红外分析采用PERKIN-ELMER光谱1 FT-IR分光光度计对催化剂进行分析。每个样品研磨成细粉，11℃烘箱干燥2小时，水解成颗粒。立即对颗粒进行分析，并记录产生的光谱。用等量的纯KBr粉末制备的颗粒作为对照(Sugumaran等人)[18］．

埃及巴兰种子制备:的种子Balanites aegyptiaca将状态良好的种子浸泡在大碗清水中过夜，清洗以去除种皮中的糖苷果肉。将洗净的种子风干后，用金属锤碾碎，得到种子坚果。将得到的坚果在60°C下烤箱干燥2小时，并储存在干净的容器中(Babagana等人)[19]。

埃及巴兰籽油的提取:干坚果Balanites aegyptiaca用研钵和研杵研磨成粉末，以增加油的萃取。采用索氏萃取法，正己烷溶剂萃取，65°C萃取种子油脂。从混合物中蒸馏出溶剂，回收油(Manji等人)[20.］．

埃及巴兰种子出油率(%)的测定:按Babagana等人采用的方法计算百分收率[19］．Ballanite eagyptaca提取的种子油经过提纯，以去除溶剂。对油进行称量，并按下式计算出油率:

在那里,W_石油=抽油重量，W_样本=样品重量(g)。

埃及巴兰籽油皂化价值的测定:这是根据Manji等人采用的美国石油化学学会方法(1987)进行的。[20.］．将2.0 g原油称入250毫升锥形瓶中，加入10%的含酒精的KOH。在蒸汽上回流1小时，偶尔有旋转。回流时间结束时，加入1 ml酚酞指示剂，用0.5 M HCl滴定溶液。

埃及巴兰籽油碘值的测定:这是Nielsen所描述的，并被Manji等人采用。[20.］．将2.0 g原油测量到100 ml锥形瓶中，并加入5 ml Dam 's碘。将烧瓶用软木塞堵住，放在黑暗的橱柜中5分钟。加入5毫升10%的KI，然后加入20毫升蒸馏水。溶液用6.6%硫代硫酸钠在1毫升1%淀粉指示剂中滴定，直到蓝色变成无色。

埃及巴兰籽油中游离脂肪酸的测定:这是特定脂肪酸的重量百分比。所用方法如Harold等人(1990)所述[21］．取2.0 g原油称入锥形瓶，加入95%乙醇和10ml乙醚的1:1混合物中和，充分混合。用0.1 M NaOH和酚酞指示剂滴定溶液，不断搅拌，直到观察到持续15秒的粉红色。

埃及巴兰籽油含水率的测定:油的含水量表示为油在110℃干燥至恒定重量时的重量损失量(%)。坩埚和内容物在110°C的烤箱中加热，在干燥器中冷却并称重。这一过程不断重复，直到达到恒定的重量(Harold等)[21］．

埃及巴兰籽油比重的测定:该方法用于测定生物柴油的比重。一个干净干燥的空50ml密度瓶称重和质量，然后装满蒸馏水称重，取瓶和水的质量。Balanites aegyptiaca种子油也在一个单独的密度瓶中称量，称量瓶子和油的重量，评估比重(Jerekias和Clever) [22］．

埃及巴兰籽油生产生物柴油:采用单段逐级反酯化法生产生物柴油以红木壳为原料，利用农业废弃物多相催化剂进行催化。30毫升Balanites aegyptiaca测得种子油后倒入250毫升锥形烧瓶中，加热至40℃。用索氏仪将90毫升甲醇倒入圆底烧瓶中，加热5分钟，以纯化甲醇。称取0.25 g催化剂。在250ml烧杯中制备0.25 g催化剂和90ml甲醇的溶液(即油与甲醇的摩尔比为1:3)。

傅里叶变换红外生物柴油使用红木果壳催化剂生产:不同的官能团生物柴油进行分析。仪器模型本研究中使用的是Perkin Elmer模型spectrum-I电脑。脂质部分在溴化铊和FR-IR光谱上蒸发(分辨率:8厘米¹，扫描编号:3)进行(Elumalai等)[23］．

气体色谱法质量分光光度法测定生物柴油使用红木果壳催化剂生产:样品注入工具置于烘箱中，温度为50℃，保持1 min。升温速率为10℃/min，升温至325℃，保持2 min。气相色谱-质谱界面温度设置为250℃，以氦气为载气，流量恒定为1.2 ml/min。NIST库用于识别代表GC谱峰的化合物(Alnuami等人)[24］．

结果与讨论

埃及巴兰籽油的理化分析

表1是物理化学参数的不同吗Balanites aegyptiaca种子油。从结果可以看出Balanites aegyptiaca种子油是生产生物柴油的潜在种子油。种子油的收率相当高，皂化、碘和游离脂肪酸值都在适合植物油的范围内生物柴油生产。该油表现出较低的含水率和不干燥特性，可考虑适用于生物柴油生产。

表1:的理化参数Balanites aegyptiaca种子油。

红木果壳物理活化后催化剂的扫描电镜

图2研究了900℃物理活化红木果壳催化剂的形貌。催化剂表面可见不同大小的空腔。图3显示了表面的粒子类型。得到每个粒度的总颗粒数(图4)．这些数字揭示了碳质材料催化剂表面的重要特征。不同的孔隙表明这些可能是催化过程中吸附反应物的位置。此外，孔隙的大小可能与可能存在的不同官能团有关。这有助于确定催化活性的程度和速率。催化剂表面官能团的性质与多相催化反应的性质有关。

红木果壳物理活化催化剂的傅里叶变换红外光谱研究

图5给出了在900℃物理活化红木果壳制备的催化剂的红外光谱。宽频带3164.5厘米¹，非常弱的峰值在2482.4厘米¹， 2117.1厘米¹， 1871.1厘米¹1561.8厘米¹，高峰在1408.9 cm¹在872.2厘米处有弱峰¹．宽频带在3164.5厘米¹与C-H拉伸相对应，弱峰位于2113.4 cm¹到C-C拉伸，1871.1厘米¹至C=O, 1561.8 cm¹到N-H, 1408.9 cm处为强峰¹C-O拉伸，872.2和711.9 cm为弱峰¹C-H弯曲。这些官能团可能是催化反应中成键的可能位点。FTIR可以直接表征催化剂的结构、组成和化学性质。

图6显示了生物柴油使用催化剂生产的桃木果壳通过物理活化。光谱显示波长为3004.2 cm¹与C-H拉伸有关，2922.2厘米¹到-OH(酸)，1744.4厘米¹到C=O, 1461.1 cm¹到C=C拉伸，1375.4厘米¹没有₂(脂肪族)，1237.6厘米¹至C-O, 1162.9厘米¹至C-C和723.1 cm¹C-H弯曲。这些官能团是由生物柴油石油。C=O的存在与植物油酯有关(Rabelo等人，2015)[25］．峰顶高1744.4厘米¹1461.1厘米¹与酯羰基拉伸有关。

气相色谱-光谱法分析生物柴油使用从红木果壳中制备的催化剂生产

图7而且图8给出…的化学成分生物柴油产自Balanites aegyptiaca用多相催化剂从红木果壳制备种子油。在GC谱中观察到11个主要的峰，这些峰对应于脂肪酸甲酯。饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸甲酯(表2)在不同保留时间下用ms植物油进行鉴定生物柴油从油菜种子中提取的葵花籽，已通过GC - MS技术进行了特征分析(Naureen等人，Sharmila和Jeyanthi Rebecca) [26，27］．

表2:质谱分析生物柴油以红木果壳为原料，通过物理活化制备催化剂。

结论

以红木果壳为原料，采用可控物理活化法制备催化剂。用扫描电镜对其表面形貌进行了研究。孔洞的不同类型、形状和大小被FTIR光谱认为是由于催化剂表面官能团的性质。采用多相催化法制备生物柴油从不可食用植物种子中提取的油Balanites aegyptiaca．催化剂和生物柴油采用红外光谱(FTIR)和气相色谱质谱(GC - MS)技术对油进行了表征。Balanites aegyptiaca种子含油量高生物柴油出油率49.9%。但是，80.0%的产量生物柴油以红木果壳为原料制备催化剂，制备油。因此浪费Balanites aegyptiaca以红木果壳为原料制备的种子油和催化剂是生产红木果壳的原料生物柴油石油是可再生能源能源源。

确认

研究团队感谢化学工程系，Ahmadu Bello大学，Zaria进行化学分析，momodibbo Adama科技大学，Yola为整个工作提供平台

参考文献

1. Meher LC, Dharmagadda VS, Naik SN。碱催化酯交换反应的优化Pongamia pinnata生产生物柴油用的油。生物资源学报，2006;
2. 崔文加达莱，王志强，王志强，等。酸催化kararya的酯化反应(Pongamia pinnata)含高游离脂肪酸的油生物柴油生产。燃料学报，2012;48:1-4。
3. 孔达慕迪，李志强，李志强，等。柴油合成的双功能多相催化剂。中国生物医学工程学报，2011;
4. 胡松，文林，王勇，等。气液逆流连续集成工艺生物柴油采用微孔固体基KF/CuO作为催化剂进行生产。国际通信科学学报。2012;23(2):531- 531。
5. Borugadda VB, Goud VV。生物柴油可再生原料生产:现状与机遇。可持续发展能源审查。2012;16:4763 - 84。
6. Bankovic-llic IB, Stameokovic OS, Veljkoviv VB。生物柴油非食用植物油的生产。中国能源科学，2012;
7. Oniya OO, Bamgboye AI燃料丝瓜的特性(丝瓜cylindrical .)生物燃料与柴油混合。环境科学学报，2012;6:346-52。
8. 梁晓伟，杨志强，等。生物柴油使用催化酯交换反应生产。中国机械工程学报。2010;29(2):344 - 344。
9. 张松，祖永刚，付玉军，等。快速微波辅助黄角油酯交换反应生物柴油采用杂多酸固体催化剂。生物技术学报。2010;26(2):344 - 344。
10. 沙兰比，埃尔-根迪。二步碱性酯交换反应浪费食用油及其生产生物柴油的质量评价。1.生物化学学报。2012;
11. 张志刚，张志刚，张志刚，等。澳大利亚北部“干燥”热带地区高价值硬木木材种植园的前景。北昆士兰私人林业协会，2004年。
12. 埃洛莫塞勒IC，埃洛莫塞勒CO, Akintoye AO，等。野生植物的特征。植物食品与坚果。1998;46:361-65。
13. 李志强，李志强，李志强，等。植物保护学报，2006;42(2):326 - 326。
14. 刘国强，李国强，李国强，等。多相催化手册。Wiley-VCH, Weinheim, 2006;4:1569-1586。
15. Marsh H, Rodriguez-Reinoso F.活性炭。Elsevier科学技术图书。2006;7:322-78。
16. Girgis BS, Ishak MF。用磷酸浸渍棉秆制备活性炭。《材料快报》1996;39:107-14。
17. 王志强，王志强，等。不同活化方法制备高比表面积活性炭的来源比较。马来西亚分析科学杂志，2008;1:12-16。
18. 苏古玛兰，普丽娅，李丽娟，等。香蕉空果串活性炭的制备及性能研究Delonix regia果实豆荚。环境科学学报，2012;3(2):344 - 344。
19. Babagana G, Shittu SB, Idris MBBalanites aegyptiaca种子油及其潜力生物柴油尼日利亚的原料。环境卫生学报。2012;1:29-35。
20. Manji AJ, Sarah EE, Modibbo UU。电位的研究Balanites aegyptiaca以种子油为原料生产液体清洗剂。自然科学进展。2013;
21. 哈罗德·E，罗纳德·JK，索耶·r·皮尔森?食品的化学分析。18版，朗曼科学技术，1990;56-70。
22. 马鲁拉坚果油的化学提取及性能分析生物柴油化学工程和科学的生产进步。科学通报。2011;1:96-101。
23. 张志刚，张志刚，张志刚，等。没食子儿茶素没食子酸盐掺入木质素对细胞壁碱性脱木质素和酶促糖化反应的影响。生物技术生物燃料。2012;5:59。
24. 王志刚，王志刚，王志刚，等。对不同材料的评价生物柴油生产。《创新技术与探索工程》，2014;3:60-65。
25. Rabelo SN, Ferraz VP, Oliveira LS，等。FTIR分析用于脂肪酸甲酯的定量分析生物柴油由微波辅助酯交换反应产生。环境科学与发展。2015;6:964-69。
26. 王志刚，王志刚，王志刚，等。向日葵油的合成和光谱研究生物柴油采用优化的碱性催化剂进行甲醇分解。生物科学进展。2015;22:332-39。
27. 夏米拉，杰扬提，丽贝卡生物柴油由迷走蛇属产生。化学与药物研究。2012;4:4883-87。