بررسی و بهینه‌سازی تولید بایودیزل در حضور نانوساختار چارچوب ایمیدازولی زئولیتی -8 (ZIF-8) با روش سطح پاسخ

پژوهش های کاربردی در شیمی

مقاله 10، دوره 13، شماره 4، اسفند 1398، صفحه 85-99   

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

عارفه معتمد سبزوار¹؛ سیمین امام وردی²؛ محبوبه قهرمانی نژاد^{* 3}؛ مهدی نیکنام شاهرک^{* 4}

¹کارشناسی ارشد مهندسی شیمی، گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی، دانشگاه صنعتی قوچان، قوچان، ایران

²کارشناسی مهندسی شیمی، گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی، دانشگاه صنعتی قوچان، قوچان، ایران

³دکترای تخصصی شیمی آلی، گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی، دانشگاه صنعتی قوچان، قوچان، ایران

⁴استادیار مهندسی شیمی، گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی، دانشگاه صنعتی قوچان، قوچان، ایران

چکیده

در سال‌های اخیر، یافتن یک سوخت جایگزین به دلیل محدودیت منابع سوخت‌های فسیلی، افزایش قیمت نفت‌خام و اهمیت نشر گازهای گلخانه‌ای بسیار مورد توجه قرار گرفته است. بنابراین، تلاش برای کشف و بهره‌برداری از سوخت‌های سبز به‌طور پیوسته افزایش یافته است. بایودیزل از مهم‌ترین اعضای این خانواده از سوخت‌ها است. در این پژوهش، فرایند استری‌شدن تولید بایودیزل برای نخستین بار با نانوساختار چارچوب ایمیدازولی زئولیتی -8 (ZIF-8) تهیه شده با روش سبز، صنعتی و سازگار با محیط زیست، مورد بررسی قرار گرفت. چارچوب مذکور (ZIF-8) که زیرمجموعه‌ای از خانواده بزرگ چارچوب‌های فلز-آلی (MOFs) است به دلیل پایداری گرمایی و شیمیایی بالا و سطح تماس بسیار بالا به‌عنوان کاتالیست ناهمگن در فرایند تولید بایودیزل انتخاب شد. شرایط عملیاتی شامل زمان، دمای واکنش و نسبت مولی الکل به اسید چرب مربوط به تولید بایودیزل با روش سطح پاسخ بهینه شد. تحت شرایط بهینه واکنش یعنی دمای 70 درجه سانتی‌گراد، زمان حدود 70 دقیقه، مقدار 0/05 گرم از نانوکاتالیست ZIF-8 و کمترین مقدار ممکن نسبت مولی الکل به اسید چرب: 15 به 1، بیشترین بازده تولید بایودیزل 57% به‌دست آمد. همچنین، مقدار انرژی فعال‌سازی در حضور کاتالیست مورد نظر، 6375 کیلوژول بر مول محاسبه شد.

کلیدواژه‌ها

چارچوب ایمیدازولی زئولیتی؛ تهیه سبز؛ بایودیزل؛ طراحی آزمایش‌ها

مراجع

[1]*
* یزدانی، آرین؛ ادیبی، مینا؛ فصلنامه تخصصی علمی ترویجی فرایند نو، شماره 51، 5 -24، 1394.
[2] Sani, Y.M.; Daud, W.M.A.W.; Aziz, A.A.; Journal of Environmental Chemical Engineering 1, 113-121, 2013.
[3]*
* کریمی، پریسا؛ نجفی، بهمن؛ دومین همایش ملی مدیریت انرژی‌های نو و پاک، همدان، دانشکده شهید مفتح، 22 مرداد، 1394.
[4]*
*نجفی، بهمن؛ نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، شماره 30، 25-33، 1390.
[5] Chai, M.; Tu, Q.; Lu, M.; Yang, Y.J.; Fuel Processing Technology 125, 106-113, 2014.
[6] Ali, E.N.; Tay, C.I.; Procedia Engineering 53, 7-12, 2013.
[7]*
* قلی‌پور زنجانی، نوشین؛ فلاح کلاریجانی، عظمت؛ کامران پیرزما، آرش؛ پانزدهمین کنگره ملی مهندسی شیمی ایران، تهران، دانشگاه تهران، 28-30 بهمن، 1393.
[8]*
* قانعی، روح الله؛ خلیلی درمنی، رضا؛ صالحی، سید یونس؛ محمدی، محسن؛ دومین همایش بیوانرژی ایران، تهران، دانشگاه تهران، 21 مهر، 1390.
[9] Railey, P.; Song, Y.; Liu, T.; Li, Y.; Materials Research Bulletin 96, 385-394, 2017.
[10] Liu, Y.; Liu, S.; He, D.; Li, N.; Ji, Y.; Zheng, Z.; Luo, F.; Liu, S.; Shi, Z.; Hu, C.; J. Am.Chem. Soc. 137, 12697-12703, 2015.
[11] Huo, J.B.; Xu, L.; Yang, J.C.E., Cui, H.J.; Yuan, B.; Fu, M.L.; Colloids Surf. A. 539, 59-68, 2018.
[12] Chen, B.; Yang, Z.; Zhu, Y.; Xia, Y.; Journal of Materials Chemistry A 2, 16811-16831, 2014.
[13] Quang Khieu, D.; Thi Thanh, M.; Vinh Thien, T.; Hai Phong, N.; Hoang Van, D.; Dinh Du, P.; Phi Hung, N.; Journal of Chemistry 2018, 2018.
[14]*
* نیکنام شاهرک، مهدی؛ قهرمانی نژاد، محبوبه؛ عیدی فراش، محسن؛ نشریه پژوهش‌های کاربردی در شیمی، پذیرش جهت چاپ، 1397.
[15] Phan, A.; Doonan, C.J.; Uribe-Romo, F.J.; Knobler, C.B.; O’keeffe, M.; Yaghi, O.M.; Acc. Chem. Res. 43, 58-67, 2010.
[16] Zhang, K.; Nalaparaju, A.; Chen, Y.; Jiang, J.; Physical Chemistry Chemical Physics 16, 9643-9655, 2014.
[17] Hoop, M.; Walde, C.F.; Riccò, R.; Mushtaq, F.; Terzopoulou, A.; Chen, X.Z.; Doonan, C.J.; Falcaro, P.; Nelso, B.J.; Puigmartí-Luis, J.; Pané, S.; Applied Materials Today 11, 13-21, 2018.
[18] Kubarev, A.V.; Roeffaers, M.B.J.; CrystEngComm. 19, 4162-4165, 2017.
[19] Saeedi, M.; Fazaeli, R.; Aliyan, H.; Journal of Sol-Gel Science and Technology 77, 404-415, 2016.
[20] Fazaeli, R.; Aliyan, H.; Russian Journal of Applied Chemistry 88, 1701-1710, 2015.
[21] Liu, L.; Zhou, X.; Yan, Y.; Zhou, J.; Zhang, W.; Tai, X.; Polymers 10, 1089-1095, 2018.
[22] Guan, Y.; Shi, J.; Xia, M.; Zhang, J.; Pang, Z.; Marchetti, A.; Wang, X.; Cai, J.; Kong, X.; Applied Surface Science 423, 349-353, 2017.
[23] Tran, U.P.; Le, K.K.; Phan, N.T.; Acs Catalysis 1, 120-127, 2011.
[24] Shahrak, M.N.; Ghahramaninezhad, M.; Eydifarash, M.; Environ. Sci. Pollut. R. 24, 9624-9634, 2017.
[25] Chang, B.; Fu, J.; Tian, Y.; Dong, X.; RSC Advances 3, 1987-1994, 2013.
[26]*
*جوادی کیا، حسین؛ نصرتی، یوسف؛ مصطفایی، مصطفی؛ ندرلو، لیلا؛ طباطبایی، میثم؛ نشریه‌ی ماشین‌های کشاورزی، شماره 7، 260-269، 1396.
[27] Ferella, F.; Di Celso, G.M.; De Michelis, I.; Stanisci, V.; Vegliò, F.; Fuel 89, 36-42, 2010.
[28] Sreedhar, N.; Bioresources and Bioprocessing 1, 19-28, 2014.
[29] Omar, W.N.N.W.; Amin, N.A.S.; Biomass and Bioenergy 35, 1329-1338, 2011.
[30]*
*حسین زاده سامانی، بهرام؛ فیاضی، ابراهیم؛ قبادیان، برات؛ رستمی، سجاد؛ نشریه ماشین‌های کشاورزی، شماره 6، 440-450، 1395.
[31] Ma, Y.; Wang, Q.; Sun, X.; Wu, C.; Gao, Z.; Renewable Energy 107, 522-530, 2017.
[32] Bagherpour, H.; Ghobadian, B.; Tavkoli Hashjin, T.; Mohammadi, A.; FeizolahNejad, M.; Zonozi, A.; Journal of Biosystem Engineering of Iran 41, 37-43, 2010.
[33] Hossain, A.B.M.S.; Boyce, A.N.; Salleh, A.; Chandran, S.; African Journal of Agricultural Research 5, 1851-1859, 2010.
[34] Cirujano, F.G.; Corma, A.; Ixamena, FL.; Catalysis Today 257, 213-220, 2015.
[35] Zhou, K.; Chaemchuen, S.; International Journal of Environmental Science and Development 8, 251-254, 2017.
[36] Shahid, A.; Jamal, Y.; Khan, S.J.; Khan, J.A.; Boulanger, B; Arabian Journal for Science and Engineering 43, 5701-5709, 2018.
[37] Zhang, Q.; Wei, F.; Zhang, Y.; Wei, F.; Ma, P.; Zheng, W.; Zhao, Y.; Chen, H.; Journal of Oleo Science 66, 491-497, 2017.
[38] Senoymak Tarakc, M.I.; Ilgen, O.; Chemical Engineering & Technology 41, 845-852, 2018.
[39] Narkhede, N.; Patel, A.; Ind. Eng. Chem. Res. 52, 13637-13644, 2013.
[40] Kumar, G.R.; Ravi, R.; Chadha, A.; Energy and Fuels 25, 2826-2832, 2011.
[41] Pasupulety, N.; Gunda, K.; Liu, Y.; Rempel, G.L.; Ng, F.T.; Applied Catalysis A: General 452, 189-202, 2013.
[42] Singh, S.; Patel, A.; Fuel 159, 720-727, 2015.