Ультразвуковое приготовление биодизельных продуктов из растительных масел

Биодизельное топливо, получаемое из обычных растительных масел и жиров, является устойчивым решением для снижения зависимости от нефти¹. Этот возобновляемый заменитель демонстрирует сокращение выбросов парниковых газов, особенно углекислого газа, при одновременном использовании устойчивых ресурсов. Кроме того, биодизельное топливо имеет явные преимущества по сравнению с нефтяным дизельным топливом, характеризующимся своим бессернистым составом, нетоксичностью и биоразлагаемостью. В качестве альтернативы традиционным ископаемым видам топлива биодизельное топливо соответствует политике Организации Объединенных Наций (ООН) по достижению нулевого уровня выбросов, снижая нашу зависимость от невозобновляемых ископаемых видов топлива и смягчая негативные последствия изменения климата. Биодизель предлагает многообещающий путь к удовлетворению текущих потребностей в энергии, что делает его мощным выбором для более экологичного будущего².

Преобладающий метод, используемый для производства биодизельного топлива, включает переэтерификацию, химический процесс, при котором триглицериды, содержащиеся в маслах и жирах, вступают в реакцию со спиртом, обычно метанолом или этанолом, в присутствии катализатора при повышенных температурах 1,2,3,4. В результате этой реакции образуются алкиловые эфиры жирных кислот, которые являются основным компонентом биодизеля. В качестве первичного сырья для производства биодизельного топлива используются различные виды растительных масел, включая как пищевые⁵ (например, оливковое масло первого холодного отжима и кукурузное масло), так и непищевые масла ^6,7,8 (например, масло семян каперсов), а также отработанные масла⁹. Метанол чаще всего используется для этого процесса переэтерификации, поскольку это относительно недорогой спирт. Кроме того, ряд катализаторов, таких как серная кислота, фосфорная кислота, гидроксид калия, гидроксид натрия или ферменты, такие как липаза, могут быть использованы для ускорения процесса переэтерификации 1,2,3,4. Традиционно реакционную смесь нагревают под действием дефлегмации в течение длительных периодов времени, обычно 30 минут или более. Отопление не так энергоэффективно, как ультразвук, но также создает риски для безопасности⁵. Следовательно, существует потребность в более безопасном, быстром и энергоэффективном процессе переэтерификации.

Ультразвуковое облучение является превосходной альтернативой традиционным источникам энергии, таким как тепло, свет и электричество, в первую очередь благодаря явлению акустической^{кавитации.} Это явление, характеризующееся формированием, расширением и сильным схлопыванием пузырьков, порождающих локализованные горячие точки с температурой, достигающей примерно 5000 К, и давлением 1000 атм. Такие экстремальные условия в сочетании с быстрыми скоростями нагрева и охлаждения (более^10-10 К/с) обеспечивают необходимую энергию для эффективного протекания широкого спектра химических реакций при комнатной температуре, включая те, которые ранее считались недостижимыми^{обычными средствами.} Ультразвуковой синтез быстро завоевывает популярность в различных областях исследований. В частности, интерес к ультразвуковому синтезу в органическом синтезе и твердотельных материалах обусловлен его экологичностью, энергоэффективностью и сокращенным временем реакции в условиях окружающей среды 5,11,12,13,14,15,16 . Здесь представлен быстрый и эффективный метод безопасной ультразвуковой переэтерификации растительных масел с использованием щелочного катализатора с получением чистых биодизельных продуктов в короткие сроки. В то время как оливковое масло первого холодного отжима служит в качестве демонстрационной среды в данном исследовании, необходимо отметить, что ультразвуковой метод применим к спектру растительных масел ^5,17.