바이오디젤은 일반 경유를 대체할 수 있는 친환경 대체에너지로 주목 받고 있는 반면, 값비싼 원료유와 다단계 정제 공정으로 인한 생산단가가 높다는 경제적 문제가 있다. 따라서 본 연구에서는 다음과 같은 연구를 수행하였다.
첫째, 산가가 높은 저급의 원료유를 통해 바이오디젤을 생산할 수 있도록 유리지방산을 사전에 FAME로 전환할 수 있는 효과적인 촉매를 선정하였으며, 최적의 반응조건을 찾는 실험을 수행하였다. 유리지방산을 FAME로 전환시킬 수 있는 최적의 촉매를 선별한 결과 Amberlyst-15가 가장 효과적으로 산가를 낮출 수 있었으며, 이때 최적 반응조건은 65℃, 유지 대비하여 ...
바이오디젤은 일반 경유를 대체할 수 있는 친환경 대체에너지로 주목 받고 있는 반면, 값비싼 원료유와 다단계 정제 공정으로 인한 생산단가가 높다는 경제적 문제가 있다. 따라서 본 연구에서는 다음과 같은 연구를 수행하였다.
첫째, 산가가 높은 저급의 원료유를 통해 바이오디젤을 생산할 수 있도록 유리지방산을 사전에 FAME로 전환할 수 있는 효과적인 촉매를 선정하였으며, 최적의 반응조건을 찾는 실험을 수행하였다. 유리지방산을 FAME로 전환시킬 수 있는 최적의 촉매를 선별한 결과 Amberlyst-15가 가장 효과적으로 산가를 낮출 수 있었으며, 이때 최적 반응조건은 65℃, 유지 대비하여 메탄올의 비 1:3, 촉매의 농도는 15%(w/w) 이었다. 이상에서 찾아진 최적의 조건하에서 Amberlyst-15 촉매반응을 통해 유리지방산을 FAME로 전환시킨 후 NaOH 촉매반응을 수행한 결과 염기반응만을 시켰을 때 비하여 큰 폭으로 바이오디젤의 전환율을 높일 수 있었다.
둘째, 바이오디젤의 경제적인 생산을 위해 정제비용을 낮출 수 있는 방안으로 고체 염기촉매 K2CO3/γ-Al2O3를 제조하였다. K2CO3/γ-Al2O3 촉매는 K2CO3로부터 유도된 K2O와 K+이온이 γ-Al2O3 촉매와 결합하여 전이에스테르화 반응의 강한 염기촉매로써 작용한다. 고체 염기촉매의 활성은 소성온도에 상당히 의존적이며 온도 구간에 따라 활성 반응의 메커니즘이 다르게 나타나는 것으로 조사되었다. 본 연구에서는 최적의 바이오디젤 생산을 위해 촉매의 활성 조건으로 소성온도와 시간, γ-Al2O3에 대한 K2CO3의 담지량이 주요 실험인자로 확인되었다. 60% K2CO3/γ-Al2O3를 제조하여 600℃에서 3시간동안 소성하였을 때 촉매의 활성을 극대화시킬 수 있었다. 또한 전이에스테르화 반응에서 65℃, methanol/oil 12, 촉매농도 5%(w/w)로 5시간동안 수행하였을 때 99%의 높은 전환율을 얻었다. 반응 종결 뒤 간단한 여과를 통해 촉매를 회수하여 촉매의 재사용 가능성을 확인하였다. 그 결과 전이에스테르화 반응 실험에서 3회까지 70% 이상의 비교적 높은 전환율을 보였다.
바이오디젤은 일반 경유를 대체할 수 있는 친환경 대체에너지로 주목 받고 있는 반면, 값비싼 원료유와 다단계 정제 공정으로 인한 생산단가가 높다는 경제적 문제가 있다. 따라서 본 연구에서는 다음과 같은 연구를 수행하였다.
첫째, 산가가 높은 저급의 원료유를 통해 바이오디젤을 생산할 수 있도록 유리지방산을 사전에 FAME로 전환할 수 있는 효과적인 촉매를 선정하였으며, 최적의 반응조건을 찾는 실험을 수행하였다. 유리지방산을 FAME로 전환시킬 수 있는 최적의 촉매를 선별한 결과 Amberlyst-15가 가장 효과적으로 산가를 낮출 수 있었으며, 이때 최적 반응조건은 65℃, 유지 대비하여 메탄올의 비 1:3, 촉매의 농도는 15%(w/w) 이었다. 이상에서 찾아진 최적의 조건하에서 Amberlyst-15 촉매반응을 통해 유리지방산을 FAME로 전환시킨 후 NaOH 촉매반응을 수행한 결과 염기반응만을 시켰을 때 비하여 큰 폭으로 바이오디젤의 전환율을 높일 수 있었다.
둘째, 바이오디젤의 경제적인 생산을 위해 정제비용을 낮출 수 있는 방안으로 고체 염기촉매 K2CO3/γ-Al2O3를 제조하였다. K2CO3/γ-Al2O3 촉매는 K2CO3로부터 유도된 K2O와 K+이온이 γ-Al2O3 촉매와 결합하여 전이에스테르화 반응의 강한 염기촉매로써 작용한다. 고체 염기촉매의 활성은 소성온도에 상당히 의존적이며 온도 구간에 따라 활성 반응의 메커니즘이 다르게 나타나는 것으로 조사되었다. 본 연구에서는 최적의 바이오디젤 생산을 위해 촉매의 활성 조건으로 소성온도와 시간, γ-Al2O3에 대한 K2CO3의 담지량이 주요 실험인자로 확인되었다. 60% K2CO3/γ-Al2O3를 제조하여 600℃에서 3시간동안 소성하였을 때 촉매의 활성을 극대화시킬 수 있었다. 또한 전이에스테르화 반응에서 65℃, methanol/oil 12, 촉매농도 5%(w/w)로 5시간동안 수행하였을 때 99%의 높은 전환율을 얻었다. 반응 종결 뒤 간단한 여과를 통해 촉매를 회수하여 촉매의 재사용 가능성을 확인하였다. 그 결과 전이에스테르화 반응 실험에서 3회까지 70% 이상의 비교적 높은 전환율을 보였다.
Biodiesel has attracted a great attention as an alternative renewable energy source for the replacement of petroleum-based diesel fuel, yet its high production cost due to expensive oil feedstock and multistage filtering process remains as the major economical obstacle.
First, we investigated cat...
Biodiesel has attracted a great attention as an alternative renewable energy source for the replacement of petroleum-based diesel fuel, yet its high production cost due to expensive oil feedstock and multistage filtering process remains as the major economical obstacle.
First, we investigated catalysts and reaction conditions for the acid catalyzed pre-conversion of free fatty acid (FFA) to fatty acid methyl ester (FAME) in cheap low-grade oils of high acid value. Among the various catalysts studied for the pre-conversion of FFA to FAME, Amberlyst-15 was the most effective in reducing the acid value, and the optimum reaction condition identified was 65℃ with oil to methanol ratio of 1:3 and catalyst concentration of 15%(w/w). As the results, great enhancements in the overall biodiesel conversion were achievable via a consecutive reaction of the acid catalyzed FFA pre-conversion to FAME under the optimal condition obtained with Amberlyst-15 followed by the NaOH base catalyzed reaction, far above the extent which was obtainable by the single NaOH catalyzed reaction.
Second, solid base catalyst K2CO3/γ-Al2O3 was prepared by impregnated incipient wetness method for economical production of the biodiesel. K2CO3/γ-Al2O3catalyst as the strong solid base catalyst of transesterification was synthesized through γ-Al2O3 combined with K2O and K+ ion derived from K2CO3. Particularly, the activation of solid base catalyst depended on calcination temperature.
In this study, mechanism of the catalyst activation was suggested that the catalysts were different in temperature change. In addition, various conditions of catalyst such as the calcinations temperature, time, and mass ratio (K2CO3 to γ-Al2O3) were investigated for optimized production of biodiesel. After prepared 60% K2CO3/γ-Al2O3 followed by calcination at 600℃ for 3hrs, the catalyst gave the highest basicity and the best catalytic activity for transesterification. Moreover, optimum reaction conditions were identified 65℃ with oil to methanol ratio of 1:12 and catalyst concentration of 5%(w/w). As the results, the conversion of 99% was achieved.
Reusing the K2CO3/γ-Al2O3 catalyst after several successive runs was tested to check its capacity to provide the same catalytic basicity. The spent catalyst was recovered by simple filtration. Through the three times of transesterification, the catalyst had stable activity and over the 70% reaction conversion.
Biodiesel has attracted a great attention as an alternative renewable energy source for the replacement of petroleum-based diesel fuel, yet its high production cost due to expensive oil feedstock and multistage filtering process remains as the major economical obstacle.
First, we investigated catalysts and reaction conditions for the acid catalyzed pre-conversion of free fatty acid (FFA) to fatty acid methyl ester (FAME) in cheap low-grade oils of high acid value. Among the various catalysts studied for the pre-conversion of FFA to FAME, Amberlyst-15 was the most effective in reducing the acid value, and the optimum reaction condition identified was 65℃ with oil to methanol ratio of 1:3 and catalyst concentration of 15%(w/w). As the results, great enhancements in the overall biodiesel conversion were achievable via a consecutive reaction of the acid catalyzed FFA pre-conversion to FAME under the optimal condition obtained with Amberlyst-15 followed by the NaOH base catalyzed reaction, far above the extent which was obtainable by the single NaOH catalyzed reaction.
Second, solid base catalyst K2CO3/γ-Al2O3 was prepared by impregnated incipient wetness method for economical production of the biodiesel. K2CO3/γ-Al2O3catalyst as the strong solid base catalyst of transesterification was synthesized through γ-Al2O3 combined with K2O and K+ ion derived from K2CO3. Particularly, the activation of solid base catalyst depended on calcination temperature.
In this study, mechanism of the catalyst activation was suggested that the catalysts were different in temperature change. In addition, various conditions of catalyst such as the calcinations temperature, time, and mass ratio (K2CO3 to γ-Al2O3) were investigated for optimized production of biodiesel. After prepared 60% K2CO3/γ-Al2O3 followed by calcination at 600℃ for 3hrs, the catalyst gave the highest basicity and the best catalytic activity for transesterification. Moreover, optimum reaction conditions were identified 65℃ with oil to methanol ratio of 1:12 and catalyst concentration of 5%(w/w). As the results, the conversion of 99% was achieved.
Reusing the K2CO3/γ-Al2O3 catalyst after several successive runs was tested to check its capacity to provide the same catalytic basicity. The spent catalyst was recovered by simple filtration. Through the three times of transesterification, the catalyst had stable activity and over the 70% reaction conversion.
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