Production of High-Efficiency Alternative Biodiesel from Transesterification of Waste Cooking Oil Using an In-house Made Y-Type Zeolite Catalyst
Creators
- 1. University of Technology - Iraq
- 2. Kwara State University
Description
Y-zeolite catalyst, with a Si/Al ratio of 2.23 and a high surface area of 703.34 m2/gcat, was prepared with three different particle sizes: 75, 600, and 1000 μm, from commercial Ludox AS-40 colloidal silica 40 wt.% suspension in water using the hydrothermal method. Field Emission Scanning Electron Microscopy (FESEM), Energy Dispersive X-ray (EDX), Atomic Force Microscopy (AFM), X-ray Diffraction (XRD), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), and Brunauer-Emmett-Teller (BET) analyses were all utilized to analyze the properties of the synthesized Y-zeolite catalyst. Waste cooking oil (WCO) was transesterified to biodiesel in a batch reactor under different temperatures (e.g., 40, 50, and 60 °C) for 3 hours, and the activity of the catalyst was evaluated before and after being loaded with potassium oxide (K2O) molecules using the impregnation method. It is observed that the biodiesel conversion and yield, in the presence of a non-KOH-loaded catalyst, rose with increasing temperature and/or reaction time. However, increasing the reaction time beyond 2 hours in the presence of the catalyst loaded with 10% KOH decreased biodiesel conversion and yield. It has also been found that using catalysts with smaller particle sizes (e.g.,75 μm) is more favorable for enhancing the conversion of the catalytic process due to the acceleration of the reaction rate. A maximum biodiesel yield and conversion of 84.44% and 80%, respectively, were obtained. Using Gas Chromatography-Mass Spectrometry (GCMS), the composition and physical characteristics of the produced biodiesel were compared with those of standard fuels and the comparison results were particularly satisfactory. The spent Y catalyst loaded with KOH was recovered, reactivated, and reused in subsequent reactions. It exhibited outstanding catalytic activity, which is a testament to its cost advantage since it could significantly reduce the need for large quantities of costly homogeneous catalysts that are difficult to separate from the reaction products.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
تم تحضير محفز Y - zeolite، بنسبة Si/Al تبلغ 2.23 ومساحة سطح عالية تبلغ 703.34 م 2/gcat، بثلاثة أحجام جسيمات مختلفة: 75 و 600 و 1000 ميكرومتر، من السيليكا الغروانية Ludox AS -40 التجارية 40 ٪ بالوزن معلق في الماء باستخدام الطريقة الحرارية المائية. تم استخدام كل من الفحص المجهري الإلكتروني للمسح الضوئي للانبعاثات الميدانية (FESEM)، والأشعة السينية المشتتة للطاقة (EDX)، والفحص المجهري للقوة الذرية (AFM)، وانحراف الأشعة السينية (XRD)، والفحص الطيفي للأشعة تحت الحمراء لتحويل فورييه (FTIR)، وتحليلات بروناور- إيميت- تيلر (BET) لتحليل خصائص محفز الزيوليت Y المركب. تم تحويل نفايات زيت الطهي (منظمة الجمارك العالمية) إلى ديزل حيوي في مفاعل دفعي تحت درجات حرارة مختلفة (على سبيل المثال، 40 و 50 و 60 درجة مئوية) لمدة 3 ساعات، وتم تقييم نشاط المحفز قبل وبعد تحميله بجزيئات أكسيد البوتاسيوم (K2O) باستخدام طريقة التشريب. لوحظ أن تحويل الديزل الحيوي وإنتاجيته، في وجود محفز غير محمّل بـ KOH، ارتفع مع زيادة درجة الحرارة و/أو وقت التفاعل. ومع ذلك، فإن زيادة وقت التفاعل إلى أكثر من ساعتين في وجود المحفز المحمل بنسبة 10 ٪ من الهيدروكربونات الكويتية يقلل من تحويل الديزل الحيوي وإنتاجيته. كما وجد أن استخدام المحفزات ذات الأحجام الجسيمية الأصغر (على سبيل المثال، 75 ميكرومتر) أكثر ملاءمة لتعزيز تحويل العملية الحفازة بسبب تسارع معدل التفاعل. تم الحصول على أقصى إنتاجية للديزل الحيوي وتحويل 84.44 ٪ و 80 ٪ على التوالي. باستخدام كروماتوغرافيا الغاز - قياس الطيف الكتلي (GCMS)، تمت مقارنة تركيبة الديزل الحيوي المنتج وخصائصه الفيزيائية مع تلك الخاصة بالوقود القياسي وكانت نتائج المقارنة مرضية بشكل خاص. تم استرداد المحفز Y المستهلك المحمل بـ KOH وإعادة تنشيطه وإعادة استخدامه في التفاعلات اللاحقة. أظهرت نشاطًا تحفيزيًا متميزًا، وهو دليل على ميزة التكلفة الخاصة بها لأنها يمكن أن تقلل بشكل كبير من الحاجة إلى كميات كبيرة من المحفزات المتجانسة المكلفة التي يصعب فصلها عن منتجات التفاعل.Translated Description (French)
Le catalyseur de zéolite Y, avec un rapport Si/Al de 2,23 et une surface spécifique élevée de 703,34 m2/gcat, a été préparé avec trois tailles de particules différentes : 75, 600 et 1000 μm, à partir d'une suspension de silice colloïdale commerciale Ludox AS-40 à 40 % en poids dans l'eau en utilisant la méthode hydrothermale. Les analyses par microscopie électronique à balayage à émission de champ (FESEM), par rayons X à dispersion d'énergie (EDX), par microscopie à force atomique (AFM), par diffraction des rayons X (DRX), par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (IRTF) et par Brunauer-Emmett-Teller (BET) ont toutes été utilisées pour analyser les propriétés du catalyseur de zéolite Y synthétisé. L'huile de cuisson usagée (OMD) a été transestérifiée en biodiesel dans un réacteur discontinu à différentes températures (par exemple, 40, 50 et 60 °C) pendant 3 heures, et l'activité du catalyseur a été évaluée avant et après avoir été chargée avec des molécules d'oxyde de potassium (K2O) en utilisant la méthode d'imprégnation. On observe que la conversion et le rendement du biodiesel, en présence d'un catalyseur non chargé en KOH, augmentent avec l'augmentation de la température et/ou du temps de réaction. Cependant, l'augmentation du temps de réaction au-delà de 2 heures en présence du catalyseur chargé de 10% de KOH a diminué la conversion et le rendement du biodiesel. Il a également été constaté que l'utilisation de catalyseurs avec des tailles de particules plus petites (par exemple, 75 μm) est plus favorable pour améliorer la conversion du processus catalytique en raison de l'accélération de la vitesse de réaction. Un rendement maximal en biodiesel et une conversion de 84,44 % et 80 %, respectivement, ont été obtenus. En utilisant la chromatographie en phase gazeuse et la spectrométrie de masse (GCMS), la composition et les caractéristiques physiques du biodiesel produit ont été comparées à celles des carburants standard et les résultats de la comparaison ont été particulièrement satisfaisants. Le catalyseur Y usé chargé de KOH a été récupéré, réactivé et réutilisé dans des réactions ultérieures. Il présentait une activité catalytique exceptionnelle, ce qui témoigne de son avantage en termes de coûts, car il pourrait réduire considérablement le besoin de grandes quantités de catalyseurs homogènes coûteux qui sont difficiles à séparer des produits de réaction.Translated Description (Spanish)
El catalizador de zeolita Y, con una relación Si/Al de 2.23 y un área superficial alta de 703.34 m2/gcat, se preparó con tres tamaños de partícula diferentes: 75, 600 y 1000 μm, a partir de una suspensión comercial de sílice coloidal Ludox AS-40 al 40% en peso en agua utilizando el método hidrotérmico. Se utilizaron análisis de microscopía electrónica de barrido de emisión de campo (FESEM), rayos X dispersivos de energía (edX), microscopía de fuerza atómica (AFM), difracción de rayos X (XRD), espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) y Brunauer-Emmett-Teller (BET) para analizar las propiedades del catalizador de zeolita Y sintetizado. El aceite de cocina residual (WCO) se transesterificó a biodiesel en un reactor discontinuo a diferentes temperaturas (por ejemplo, 40, 50 y 60 °C) durante 3 horas, y la actividad del catalizador se evaluó antes y después de cargarse con moléculas de óxido de potasio (K2O) utilizando el método de impregnación. Se observa que la conversión y el rendimiento del biodiesel, en presencia de un catalizador no cargado con Koh, aumentaron con el aumento de la temperatura y/o el tiempo de reacción. Sin embargo, aumentar el tiempo de reacción más allá de 2 horas en presencia del catalizador cargado con Koh al 10% disminuyó la conversión y el rendimiento de biodiésel. También se ha encontrado que el uso de catalizadores con tamaños de partícula más pequeños (por ejemplo, 75 μm) es más favorable para mejorar la conversión del proceso catalítico debido a la aceleración de la velocidad de reacción. Se obtuvo un rendimiento máximo de biodiesel y conversión de 84.44% y 80%, respectivamente. Utilizando cromatografía de gases-espectrometría de masas (GCMS), se compararon la composición y las características físicas del biodiésel producido con las de los combustibles estándar y los resultados de la comparación fueron particularmente satisfactorios. El catalizador Y gastado cargado con Koh se recuperó, reactivó y reutilizó en reacciones posteriores. Exhibió una actividad catalítica sobresaliente, lo que es un testimonio de su ventaja de costes, ya que podría reducir significativamente la necesidad de grandes cantidades de catalizadores homogéneos costosos que son difíciles de separar de los productos de reacción.Files
article_180573_9b0c1b40e74542d97a329b5de91fc573.pdf.pdf
Files
(1.9 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:c23bea9888d747d084c0fed5c0366708
|
1.9 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- إنتاج وقود الديزل الحيوي البديل عالي الكفاءة من تحويل نفايات زيت الطهي باستخدام محفز زيوليت من النوع Y مصنوع داخليًا
- Translated title (French)
- Production de biodiesel alternatif à haute efficacité à partir de la transestérification d'huile de cuisson usagée à l'aide d'un catalyseur de zéolite de type Y fabriqué en interne
- Translated title (Spanish)
- Producción de biodiésel alternativo de alta eficiencia a partir de la transesterificación de aceite de cocina residual utilizando un catalizador de zeolita tipo Y fabricado internamente
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4386734458
- DOI
- 10.30684/etj.2023.141766.1513