تهیه و اصلاح سطح زئولیت ZSM-22 با فلزهای آهن، زیرکونیم و استرانسیم و مطالعه ویژگی کاتالیستی آن ها در واکنش تولید زیست دیزل
محورهای موضوعی : شیمی کاربردی
مریم حقیقی
1
,
مهرانوش فریدونی
2
1 - استادیار مهندسی شیمی، گروه شیمی، دانشکده فیزیک و شیمی، دانشگاه الزهرا (س)، تهران، ایران
2 - دانشجوی کارشناسی ارشد نانوشیمی، گروه شیمی، دانشکده فیزیک و شیمی، دانشگاه الزهرا (س)، تهران، ایران.
کلید واژه: استرانسیم, زیرکونیم, 22-ZSM, استری‌شدن, زیست‌دیزل,
چکیده مقاله :
در این پژوهش زئولیت ZSM-22 با روش آب گرمایی تهیه شد. رسوب به دست آمده با محلول آمونیم نیترات بازروانی و اتم هیدروژن در ساختار آن بارگذاری شد. شرایط تهیه زئولیت مانند pH، زمان تهیه و نسبت Si/Al نیز در حین تهیه بهینه‌سازی شد. برای افزایش کارایی و ویژگی کاتالیستی زئولیت موردنظر، Fe، Zr و Sr بر ساختار H-ZSM-22 بارگذاری شدند. همچنین، فعالیت کاتالیست های نمونه های تهیه شده و تاثیر آن‌ها بر روند فرایند استری شدن روغن اولئیک اسید بررسی شد. برای افزایش بازدهی فرایند استری شدن عامل هایی مانند دما، زمان واکنش، وزن کاتالیست، نسبت مولی روغن به الکل و pH محیط با استفاده از پتاسیم هیدروکسید، بهینه شدند. نتیجه ها نشان داد، بازده تولید اولئیک اسید در شرایط بهینه برابر با 0/3گرم کاتالیست، دمای C°70، نسبت مولی1:10 از روغن به الکل، مدت 48 ساعت و بدون حضور پتاسیم هیدروکسید در حضور کاتالیست 22-Zr-H-ZSM بیشتر از سایر کاتالیست های تهیه شده و برابر با 48 % بود.
In this study, zeolite ZSM-22 was synthesized via hydrothermal method. The obtained precipitate and ammonium nitrate solution were mixed together under reflux condition and the hydrogen was loaded into its structure. Zeolite synthesis conditions such as pH, synthesis time, and Si/Al ratio were also optimized during synthesis. Subsequently, to enhance the catalytic efficiency of the zeolites, Fe, Zr, and Sr were loaded onto the H-ZSM-22 structure during synthesis. Also, the activity of the synthesized catalysts and their effect on the process of esterification of oleic acid was investigated. To increase the efficiency of the esterification process, parameters such as temperature, reaction time, catalyst weight, molar ratio of oil to alcohol, and pH were optimized using potassium hydroxide salt. The results show that the yield of oleic acid at optimum conditions such as 0.3 g catalyst, temperature 70 ℃, 1:10 mmol molar ratio of oil to alcohol, 48 h duration and absence of potassium hydroxide, and using of the 22-Zr-H-ZSM catalyst is 48% that is more than of the other synthesized catalysts.
[1] Bessa, L.; Robustillo, M.D.; Marques Tadini, C.C.; Pessôa Filho, P.de A.; Fuel. 237, 1132–1140, 2019.
[2] Semwal, S.; Arora, A.K.; Badoni, R. P.; Tuli, D.K.; Bioresour. Technol. 102(3), 2151–2161, 2011.
[3] Kant Bhatia, Sh.; Fuel 285, 119-117, 2021.
[4] Chen, H.; Ding, M.; Li, Y.; Xu, H.; Li, Y.; Wei, Z.; J. Traffic Transp. Eng. 7(6), 791–807, 2020.
[5] Kralova, I.; Sjöblom, J.; J. Dispers. Sci. Technol. 31(3), 409–425, 2010.
[6] Meneghetti, S.M.P.; Meneghetti, M.R.; Serra, T.M.; Barbosa, D.C.; Wolf, C.R.; Energy and Fuels 21(6), 3746–3747, 2007.
[7] Chen, C.; Energy Reports. 7, 4022–4034, 2021.
[8] Kuniyil, M.; Arab. J. Chem. 14(3),102982, 2021.
[9] Ramadhas, A.S.; Jayaraj, S.; Muraleedharan, C.; Fuel 84, 335–340, 2005.
[10] Subramaniam, M.; Muthiya, J.; Nadanakumar, V.; Anaimuthu, S.; Sathyamurthy, R.; Energy Reports 6, 1382–1392, 2020.
[11] Li, Y.; Zhang, X.; Sun, L.; Energy Convers. Manag. 51(11), 2307–2311, 2010.
[12] Bitonto, L.; Pastore, C.; Renew. Energy 143, 1193-1200, 2019.
[13] Francisco, M.; Pereira, C.; Paula, A.; Dias, S.; Ramos, M.; Clean. Eng. Technol. 1, 1-6, 2020.
[14] Li, Y.; Zhang, X.; Sun, L.; Energy Convers. Manag. 51(11), 2307–2311, 2010.
[15] Srivastava, A.; Prasad, R.; Renew. Sustain. Energy Rev. 4(2), 111–133, 2000.
[16] Knothe, G.; Transactions of the ASAE 44(2), 193–200, 2001.
[17] Beato, P.; Rey, F.; Teresa, M.; Olsbye, U.; Catalysis Today 299(1),120-134, 2018.
[18] Ito, T.; Sakurai, Y.; Kakuta, Y., Sugano, M.; Hirano, K.; Fuel Process Technol. 94(1) ,47–52, 2012.
[19] Andreo-martínez, P.; Ortiz-martínez, V.M.; García-martínez, N.; Appl. Energy 264, 114753, 2020.
[20] Athar, M.; Zaidi, S.; Biochem. Pharmacol. 8(6), 104523, 2020.
[21] Lam, M. K.; Lee, K. T.; Mohamed, A.R.; Biotechnol. Adv. 28(4), 500–518, 2010.
[22] Lin, L.; Cunshan, Z.; Vittayapadung, S.; Xiangqian, S.; Mingdong, D.; Appl. Energy 88(4), 1020–1031, 2011.
[23] Cruz, A. E. B.; Banda, J.A.M.; Mendoza, H.; Ramos-galvan, C.E.; Melo, M.A.M.; Esquivel, D.; Catalysis Today 166, 111–115, 2011.
[24] Thangaraj, B.; Solomon, P.R.; Muniyandi, B.; Ranganathan, S.; Lin, L.; Clean Energy 3(1), 2–23, 2019.
[25] Yadav, M.; Sharma, Y.C.; J. Clean. Prod. 199, 593-602, 2018.
[26] Sahani, S.; Banerjee, S.; Sharma, Y.C.; J. Taiwan Inst. Chem. Eng. 86, 42–56, 2018.
[27] Boey, P.; Pragas, G.; Abd, S.; Chem. Eng. J. 168(1), 15–22, 2011.
[28] Helwani, Z.; Othman, M.R.; Aziz, N.; Kim, J.; Fernando, W.J.N.; Applied Catalysis A : General 363, 1–10, 2009.
[29] Hajar, M.; Vahabzadeh, F.; Korean J. Chem. Eng. 33(4), 1220-1231, 2016.
[30] Ranganathan, S.V.; Narasimhan, S.L.; Bioresource Tech. 99, 3975–3981, 2008.
[31] Chouhan, A.P.S.; Sarma, A.K.; Renew. Sustain. Energy Rev. 15(9), 4378–4399, 2011.
[32] Lozano, P.; Bernal, J.M.; Vaultier, M.; Fuel 90(11), 3461–3467, 2011.
[33] Sun, K.; Lu, J.; Ma, L.; Han, Y.; Fu, Z.; Ding, J.; Fuel. 158, 848–854, 2015.
[34] Jamil, A.K.; Muraza, O.; Al-amer, A.M.; Particuology 24, 138–141, 2016.
[35] Perego, C.; Millini, R.; Chem. Soc. Rev. 42(9), 3956-3976, 2013.
[36] Kokotailo, G.T.; Schlenker, J.L.; Dwyer, F.G.; Valyocsik, E.W.; Zeolites. 5(6), 349–351, 1985.
[37] Wen, H.; Zhou, Y.; Xie, J.; Long, Z.; Zhang, W.; Wang, J.; RSC Adv. 4(91), 49647–49654, 2014.
[38] Luo, Y.; Wang, Z.; Jin, S.; Zhang, B.; Sun, H.; Yuan, X.; Yang, W.; CrystEngComm. 18, 5611-5615, 2016.
[39] Sousa, L.V.; Silva, A.O.S.; Silva, B.J.B.; Teixeira, C.M.; Arcanjo, A.P.; Frety, R.; Pacheco, J.G.A.; Microporous Mesoporous Mater. 254, 192-200, 2017.
[40] Chen, Z.; J. Catal. 361, 177–185, 2018.
[41] Liu, S.; Ren, J.; Zhang, H.; Lv, E.; Yang, Y.; Li, Y.; J. Catal. 335, 11–23, 2016.
[42] Lu, P.; Chen, L.; Zhang, Y.; Yuan, Y.; Xu, L.; Zhang, X.; Microporous Mesoporous Mater. 236, 193–201, 2016.
[43] Simon, M. W.; Suib, S. L.; Oyoung, C. L.; J. Catal. 147(2), 484–493, 1994.
[44] Li, T.; Fuel 272, 117717, 2020.
[45] Verboekend, D.; Chabaneix, M.; Thomas, K.; Gilson, J.; Javier, P., CrystEngComm. 13, 3408–3416, 2011.
[46] Muraza, M.; Microporous Mesoporous Mater. 206, 136–143, 2015.
[47] Jamil, A.K.; Muraza, O.; Yoshioka, M.; Al-amer, A.M.; Yamani, Z.H.; Yokoi, T.; Ind. Eng. Chem. Res. 53, 19498−19505, 2014.
[48] Chen, X.; Wang, P.; Jia, L.; Li, D.; Catal. Sci. Technol. 8, 6407–6419, 2018.
[49] Wu, X.; Qiu, M.; Chen, X.; Yu, G.; Yu, X.; New J. Chem. 42, 111-117, 2018.
[50] Munusamy, K.; Das, R.K.; Ghosh, S.; Kumar, S.A.K.; Pai, S.; Newalkar, B.L.; Microporous Mesoporous Mater. 266, 141–148, 2018.
[51] Parmar, S.; Pant, K.K.; John, M.; Kumar, K.; Pai, S.M.; Newalkar, B.L.; Energy & Fuels 29, 1066-1075, 2015.
[52] Noureddini, H.; Zhu, D.; J.A.Oil Chemizts, Soc. 74(11), 1457–1463, 1997.
[53] Encinar, J.M.; Gonzalez, J.F.; Rodryguez-Reinares, A.; Ind. Eng. Chem. Res. 44(15), 5491–5499, 2005.
[54] Wang, Y.; Ou, Sh.; Liu, P.; Zhang, P. Zh.; Energy Convers. Manag. 48(1), 184-188, 2007.
_||_[1] Bessa, L.; Robustillo, M.D.; Marques Tadini, C.C.; Pessôa Filho, P.de A.; Fuel. 237, 1132–1140, 2019.
[2] Semwal, S.; Arora, A.K.; Badoni, R. P.; Tuli, D.K.; Bioresour. Technol. 102(3), 2151–2161, 2011.
[3] Kant Bhatia, Sh.; Fuel 285, 119-117, 2021.
[4] Chen, H.; Ding, M.; Li, Y.; Xu, H.; Li, Y.; Wei, Z.; J. Traffic Transp. Eng. 7(6), 791–807, 2020.
[5] Kralova, I.; Sjöblom, J.; J. Dispers. Sci. Technol. 31(3), 409–425, 2010.
[6] Meneghetti, S.M.P.; Meneghetti, M.R.; Serra, T.M.; Barbosa, D.C.; Wolf, C.R.; Energy and Fuels 21(6), 3746–3747, 2007.
[7] Chen, C.; Energy Reports. 7, 4022–4034, 2021.
[8] Kuniyil, M.; Arab. J. Chem. 14(3),102982, 2021.
[9] Ramadhas, A.S.; Jayaraj, S.; Muraleedharan, C.; Fuel 84, 335–340, 2005.
[10] Subramaniam, M.; Muthiya, J.; Nadanakumar, V.; Anaimuthu, S.; Sathyamurthy, R.; Energy Reports 6, 1382–1392, 2020.
[11] Li, Y.; Zhang, X.; Sun, L.; Energy Convers. Manag. 51(11), 2307–2311, 2010.
[12] Bitonto, L.; Pastore, C.; Renew. Energy 143, 1193-1200, 2019.
[13] Francisco, M.; Pereira, C.; Paula, A.; Dias, S.; Ramos, M.; Clean. Eng. Technol. 1, 1-6, 2020.
[14] Li, Y.; Zhang, X.; Sun, L.; Energy Convers. Manag. 51(11), 2307–2311, 2010.
[15] Srivastava, A.; Prasad, R.; Renew. Sustain. Energy Rev. 4(2), 111–133, 2000.
[16] Knothe, G.; Transactions of the ASAE 44(2), 193–200, 2001.
[17] Beato, P.; Rey, F.; Teresa, M.; Olsbye, U.; Catalysis Today 299(1),120-134, 2018.
[18] Ito, T.; Sakurai, Y.; Kakuta, Y., Sugano, M.; Hirano, K.; Fuel Process Technol. 94(1) ,47–52, 2012.
[19] Andreo-martínez, P.; Ortiz-martínez, V.M.; García-martínez, N.; Appl. Energy 264, 114753, 2020.
[20] Athar, M.; Zaidi, S.; Biochem. Pharmacol. 8(6), 104523, 2020.
[21] Lam, M. K.; Lee, K. T.; Mohamed, A.R.; Biotechnol. Adv. 28(4), 500–518, 2010.
[22] Lin, L.; Cunshan, Z.; Vittayapadung, S.; Xiangqian, S.; Mingdong, D.; Appl. Energy 88(4), 1020–1031, 2011.
[23] Cruz, A. E. B.; Banda, J.A.M.; Mendoza, H.; Ramos-galvan, C.E.; Melo, M.A.M.; Esquivel, D.; Catalysis Today 166, 111–115, 2011.
[24] Thangaraj, B.; Solomon, P.R.; Muniyandi, B.; Ranganathan, S.; Lin, L.; Clean Energy 3(1), 2–23, 2019.
[25] Yadav, M.; Sharma, Y.C.; J. Clean. Prod. 199, 593-602, 2018.
[26] Sahani, S.; Banerjee, S.; Sharma, Y.C.; J. Taiwan Inst. Chem. Eng. 86, 42–56, 2018.
[27] Boey, P.; Pragas, G.; Abd, S.; Chem. Eng. J. 168(1), 15–22, 2011.
[28] Helwani, Z.; Othman, M.R.; Aziz, N.; Kim, J.; Fernando, W.J.N.; Applied Catalysis A : General 363, 1–10, 2009.
[29] Hajar, M.; Vahabzadeh, F.; Korean J. Chem. Eng. 33(4), 1220-1231, 2016.
[30] Ranganathan, S.V.; Narasimhan, S.L.; Bioresource Tech. 99, 3975–3981, 2008.
[31] Chouhan, A.P.S.; Sarma, A.K.; Renew. Sustain. Energy Rev. 15(9), 4378–4399, 2011.
[32] Lozano, P.; Bernal, J.M.; Vaultier, M.; Fuel 90(11), 3461–3467, 2011.
[33] Sun, K.; Lu, J.; Ma, L.; Han, Y.; Fu, Z.; Ding, J.; Fuel. 158, 848–854, 2015.
[34] Jamil, A.K.; Muraza, O.; Al-amer, A.M.; Particuology 24, 138–141, 2016.
[35] Perego, C.; Millini, R.; Chem. Soc. Rev. 42(9), 3956-3976, 2013.
[36] Kokotailo, G.T.; Schlenker, J.L.; Dwyer, F.G.; Valyocsik, E.W.; Zeolites. 5(6), 349–351, 1985.
[37] Wen, H.; Zhou, Y.; Xie, J.; Long, Z.; Zhang, W.; Wang, J.; RSC Adv. 4(91), 49647–49654, 2014.
[38] Luo, Y.; Wang, Z.; Jin, S.; Zhang, B.; Sun, H.; Yuan, X.; Yang, W.; CrystEngComm. 18, 5611-5615, 2016.
[39] Sousa, L.V.; Silva, A.O.S.; Silva, B.J.B.; Teixeira, C.M.; Arcanjo, A.P.; Frety, R.; Pacheco, J.G.A.; Microporous Mesoporous Mater. 254, 192-200, 2017.
[40] Chen, Z.; J. Catal. 361, 177–185, 2018.
[41] Liu, S.; Ren, J.; Zhang, H.; Lv, E.; Yang, Y.; Li, Y.; J. Catal. 335, 11–23, 2016.
[42] Lu, P.; Chen, L.; Zhang, Y.; Yuan, Y.; Xu, L.; Zhang, X.; Microporous Mesoporous Mater. 236, 193–201, 2016.
[43] Simon, M. W.; Suib, S. L.; Oyoung, C. L.; J. Catal. 147(2), 484–493, 1994.
[44] Li, T.; Fuel 272, 117717, 2020.
[45] Verboekend, D.; Chabaneix, M.; Thomas, K.; Gilson, J.; Javier, P., CrystEngComm. 13, 3408–3416, 2011.
[46] Muraza, M.; Microporous Mesoporous Mater. 206, 136–143, 2015.
[47] Jamil, A.K.; Muraza, O.; Yoshioka, M.; Al-amer, A.M.; Yamani, Z.H.; Yokoi, T.; Ind. Eng. Chem. Res. 53, 19498−19505, 2014.
[48] Chen, X.; Wang, P.; Jia, L.; Li, D.; Catal. Sci. Technol. 8, 6407–6419, 2018.
[49] Wu, X.; Qiu, M.; Chen, X.; Yu, G.; Yu, X.; New J. Chem. 42, 111-117, 2018.
[50] Munusamy, K.; Das, R.K.; Ghosh, S.; Kumar, S.A.K.; Pai, S.; Newalkar, B.L.; Microporous Mesoporous Mater. 266, 141–148, 2018.
[51] Parmar, S.; Pant, K.K.; John, M.; Kumar, K.; Pai, S.M.; Newalkar, B.L.; Energy & Fuels 29, 1066-1075, 2015.
[52] Noureddini, H.; Zhu, D.; J.A.Oil Chemizts, Soc. 74(11), 1457–1463, 1997.
[53] Encinar, J.M.; Gonzalez, J.F.; Rodryguez-Reinares, A.; Ind. Eng. Chem. Res. 44(15), 5491–5499, 2005.
[54] Wang, Y.; Ou, Sh.; Liu, P.; Zhang, P. Zh.; Energy Convers. Manag. 48(1), 184-188, 2007.