Synthesis of Cerium Oxide by Colloidal Emulsion Aphrons (CEAs) Method for Biodiesel Production

วาศิณี เอี่ยมสุวรรณ; สมนึก จารุดิลกกุล

ผู้แต่ง

วาศิณี เอี่ยมสุวรรณ ภาควิชาวิศวกรรมเคมี คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี กรุงเทพฯ ประเทศไทย
สมนึก จารุดิลกกุล ภาควิชาวิศวกรรมเคมี คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี กรุงเทพฯ ประเทศไทย

คำสำคัญ:

ไบโอดีเซล, ซีเรียมออกไซด์, ตัวเร่งปฏิกิริยาวิวิธพันธ์, ทรานเอสเทอร์ริฟิเคชั่น

บทคัดย่อ

งานวิจัยนี้ศึกษาการใช้ซีเรียมออกไซด์เจือด้วยแบเรียมไฮดรอกไซด์(Ba(OH)2–CeO2) ซึ่งเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นของแข็งสำหรับการผลิตไบโอดีเซลจากน้ำมันปาล์มโดยกระบวนเอสเทอริฟิเคชันกับเมทานอล โดยเตรียมซีเรียมออกไซด์ด้วยวิธีคอลลอยดอลอิมัลชันแอฟรอน (Colloidal emulsion Aphrons, CEAs) แล้วทำการเผา จากนั้นจึงทดสอบประสิทธิภาพของตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยการวัดค่าร้อยละผลผลิตของเมทิลเอสเทอร์ของกรดไขมัน (%FAME) ปัจจัยที่ศึกษา ได้แก่ ปริมาณตัวเร่งปฏิกิริยา และระยะเวลาของการทำปฏิกิริยา นอกจากนี้ ยังได้วิเคราะห์คุณลักษณะเชิงเคมี-กายภาพของตัวเร่งปฏิกิริยาที่เตรียมได้ด้วยเทคนิควิเคราะห์การเลี้ยวเบนของรังสีเอ็กซ์ การวัดพื้นที่ผิวจำเพาะและปริมาตรรูพรุน เทคนิคกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด และเทคนิควิเคราะห์สมบัติทางความร้อนของวัสดุ จากการศึกษา พบว่า สภาวะที่เหมาะสมต่อการเกิดปฏิกิริยาคืออัตราส่วนเชิงโมลของเมทานอลต่อน้ำมันเท่ากับ 30:1 ปริมาณตัวเร่งปฏิกิริยาร้อยละ 8 เวลาในการทำปฏิกิริยา 4 ชั่วโมง ซึ่งทำให้ได้ปริมาณเมทิลเอสเทอร์สูงสุดที่ร้อยละ 94.65

References

Boonyawan, Y., Parncheewa, U., Buppa, P. and Pawnprapa, K., 2010, “Modiﬁcation of Calcite by Hydration–dehydration Method for Heterogeneous Biodiesel Production Process: The Effects of Water on Properties and Activity,” Chemical Engineering Journal, 162 (1), pp. 135-141.

Gryglewicz, S., 1999, “Rapeseed Oil Methyl Esters Preparation using Heterogeneous Catalysts,” Bioresource Technology, 70 (3), pp. 249–253.

Tanabe, K. and Holderich, W.F., 1999, “Industrial Application of Solid Acid-base Catalysts,” Applied Catalysis A:General, 181 (2), pp. 399–434.

Schachter, Y. And Herman P., 1968, “Calcium-oxide-catalyzed Reactions of Hydrocarbons and of Alcohols,” Jounal of Catalysis, 11 (2), pp. 147–158.

Xie, W., Peng, H. and Chen, L., 2006, “Transesteriﬁcation of Soybean Oil Catalyzed by Potassium Loaded on Alumina as a Solid-base Catalyst,” Applied Catalysis A:General, 300 (1), pp. 67–74.

Supes, G.J., Dasari, M.A., Doskocil, E.J., Mankidy, P.J. and Goﬀ, M.J., 2004, “Transesteriﬁcation of Soybean Oil with Zeolite and Metal Catalysts,” Applied Catalysis A:General, 257 (2), pp. 213–223.

Zhang G., Hattori H., Tanabe K., 1988, “Aldol Addition of Acetone, Catalyzed by Solid Base Catalysts: Magnesium Oxide, Calcium Oxide, Strontium Oxide, Barium Oxide, Lanthanum(III) Oxide and Zirconium Oxide,” Applied Catalysis A:General, 36 , pp. 189–197.

Iizuka, T., Hattori, H., Ohno, Y., Sohma, J. and Tanabe, K., 1971, “Basic Sites and Reducing Sites of Calcium Oxide and their Catalytic Activities,” Jounal of Catalysis, 22 (1), pp. 130–139.

Kabashima, H., Katou, T. and Hattori, H., 2001, “Conjugate Addition of Methanol to 3-buten-2-one Over Solid Base Catalysts,” Applied Catalysis A:General, 214, pp. 121–134.

Chantrasa, A., Sukphan, A. and Goodwin, J.G., 2011, “The Deactivation of Sulfonated Carbon Catalyst Derived from D-glucose on Amberite XAD1180 during the Biodiesel Synthesis at High Temperature,” KMUTT Research and Development Journal, 34 (1), pp. 19-29. (In Thai)

Cantrell, D.G., Gillie, L.J., Lee, A.F. and Wilson, K., 2005, “Structure-reactivity Correlations in MgAl Hydrotalcite Catalysts for Biodiesel Synthesis,” Applied Catalysis A:General, 287 (2), pp. 183–190.

Seki, T., Kabashima, H., Akutsu, K., Tachikawa, H. and Hattori, H., 2001, “Mixed Tishchenko Reaction Over Solid Base Catalysts,” Jounal of Catalysis, 204 (2), pp. 393–401.

Tsuji, H., Yagi, F., Hattori, H. and Kita, H., 1994, “Self-condensation of n-butyraldehyde over Solid Base Catalysts,” Jounal of Catalysis, 148 (2), pp. 759–770.

Wenlei, X. and Zhenqiang, Y., 2007, “Ba–ZnO Catalysts for Soybean Oil Transesterification,” Catalysis Letters, 117 (3), pp. 159-165.

Xinhai, Y., Zhenzhong, W., Hongliang, L., Shan-Tung, T. and Jinyue, Y., 2011, “Transesterification of Pistacia Chinensis Oil for Biodiesel Catalyzed by CaO–CeO2 Mixed Oxides,” Fuel, 90 (5), pp. 1868–1874.

Meena, Y. and Yogesh C.S., 2019, “Transesterification of Used Vegetable Oil using BaAl2O4 Spinel as Heterogeneous Base Catalyst,” Energy Conversion and Management, 198, pp. 111795-111805.

Sahani, S., Roy, T. and Chandra Sharma, Y., 2019, “Clean and Efficient Production of Biodiesel Using Barium Cerate as a Heterogeneous Catalyst for the Biodiesel Production; Kinetics and Thermodynamic Study,” Jounal of Cleaner Production, 237, pp. 117699-117704.

Banerjee, M., Dey, B., Talukdar, J. and Chandra Kalita, M., 2014, “Production of Biodiesel from Sunflower Oil using Highly Catalytic Bimetallic Gold–silver Core–shell Nanoparticle,” Energy, 69 pp. 695–699.

Bae, D.S., Lim, B., Kim, B.I. and Han K. S., 2002, “Synthesis and Characterization of Ultrafine CeO2 Particles by Glycothermal Process,” Materials Letters, 56 (4), pp. 610–613.

Li, Y.X., Zhou, X.Z., Wang, Y. and You, X. Z., 2003, “Preparation of Nano-Sized CeO2 by Mechanochemical Reaction of Cerium Carbonate with Sodium Hydroxide,” M (3aterial Letters., 58 (3), pp. 245–249.

Kang, H.S., Kang Y.C., Koo, H.Y., Ju, S.H., Kim, D.Y., Hong, S.K., Sohn, J.R., Jung, K.Y. and Park, S.B., 2006, “Nano-Sized Ceria Particles Prepared by Spray Pyrolysis Using Polymeric Precursor Solution,” Materials Sciences and Engineering B, 127, pp. 99–104.

Yuejuan, W., Jingmeng, M., Mengfei, L., Ping, F. and Mai, H., 2007, “Preparation

of High-Surface Area Nano-CeO2 by Template-Assisted Precipitation Method,” Journal of Rare Earths, 25 (1), pp. 58–62.

Nagy, K. and Dékány I., 2009, “Preparation of Nanosized Cerium Oxide Particles in W/O Microemulsions,” Colloid and Surface A, 345 (1), pp. 31–40.

Yang, Z., Yang Y., Liang, H. and Liu, L., 2009, “Hydrothermal Synthesis of

Monodisperse CeO2 Nanocubes,” Materials Letters, 63 (21), pp. 1774–1777.

Deng, T., Dai, Y. and Wang, J., 2005, “A New Kind of Dispersion—Colloidal Emulsion Aphrons,” Colloids and Surface: Physicochemical and Engineering, 266, pp. 97–105.

Jauregi, P., Gilmour, S. and Varley, J., 1997, “Characterisation of Colloidal Gas Aphrons for Subsequent Use for Protein Recovery,” Chemical Engineering Journal, 65 (1), pp. 1–11.

He, Y., Wu, Z. and Mao, Z.S., 2009, “A General Diffusion Model for Mass Transfer in Colloidal Liquid Aphron Systems,” Colloids and Surface: Physicochemical and Engineering, 338, pp. 25–32.

Srivastava, P., Hahr, O., Buchholz, R. and Worden, R.M., 2000, “Enhancement of Mass Transfer using Colloidal Liquid Aphrons: Measurement of Mass Transfer Coefficients in Liquid–liquid Extraction,” Biotechnology and Bioengineering, 70, pp. 525–532.

Sunisa, S., Virote, B. and Somnuk, J., 2012, “Synthesis of Nanocrystalline CeO2 Particles by Different Emulsion Methods,” Materials Characterization, 67, pp. 83– 92.

Muhammad, T., SaqibAli, A. and NasirKhalid, 2012, “Activity of Homogeneous and Heterogeneous Catalysts, Spectroscopic and Chromatographic Characterization of Biodiesel:A Review, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 16 (8), pp. 6303–6316.

Asanumaab, H., Polcikc, P., Kolozsvaric, S., Klimashinb, F.F., Riedlb, H. and Mayrhoferb, P., 2017, “Cerium Doping of Ti-Al-N Coatings for Excellent Thermal Stability and Oxidation Resistance,” Surface and Coatings Technology, 326, pp. 165-172.

Chawalit, N., Pramwit, N., Sithikorn, T. and Kunchana, B., 2010, “Biodiesel Production through Transesterification over Natural Calciums,” Fuel Processing Technology, 9 (11), pp. 1409–1415.

Kristaps, M., 2018, “The Potential of K3PO4, K2CO3, Na3PO4 and Na2CO3 as Reusable Alkaline Catalysts for Practical Application in Biodiesel Production,” Fuel Processing Technology, 179, pp. 302–312.