Hydrothermal carbonization carbon-based acid catalyst for biodiesel production

ตัวเร่งปฏิกิริยากรดจำพวกคาร์บอนจากกระบวนการไฮโดรเทอร์มอลคาร์บอไนเซชั่น เพื่อการผลิตไบโอดีเซล

Name: Laddawan Tumkot

LCSH: Biodiesel fuels

Abstract: This study aims to synthesize the production of biodiesel (oleic acid methyl ester) by esterification in the presence of sulfonated hydrothermal carbon based catalyst under microwave irradiation. The catalyst was prepared by hydrothermal carbonization, followed by sulfonation presenting sulfonic acid group as an active site. The catalyst characterization results confirmed good microwave-absorptivity of the catalyst which can be heated directly and accelerate the reaction immediately at the surface of the catalyst. Esterification of oleic acid (OA) with methanol experiments were optimized by using response surface methodology based on central composite design. Three variables: molar ratio of methanol to OA (2.5:1–7.5:1), reaction time (50-70 min) and catalyst loading (2-5 wt%) were studied. The results indicated that molar ratio of methanol to OA was the most influential factor on OA conversion and followed by catalyst loading. While, the reaction time showed negligible effect on OA conversion within the range studied. Based on the model, the optimum OA conversion of 95.55% was predicted at 5.8:1 methanol to OA molar ratio, 60 min and 3.05 wt% catalyst loading. The experimental validation carried out at this condition indicated that the model gave good prediction of OA conversion, with only 2.79% error and the coefficient of regression (R2) of 0.9407. Furthermore, the reaction was found to be reasonably described by the pseudo-first order kinetics. The dependency of the reaction rate constant on temperatures gave the value of the activation energy of 64 kJ/mol. Moreover, the effect of catalyst recycling was studied. The decrease in OA conversion is significant according to the catalyst is not active after first run. As a result, the deactivation can be solved by improving the stability of the catalyst.

Abstract: งานวิจัยนี้เป็นการศึกษาการผลิตไบโอดีเซล (โอเลอิกเมทิลเอสเทอร์) จากปฏิกิริยาเอสเทอร์ริฟิเคชั่นในระบบที่มีตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดซัลโฟเนเต็ดไฮโดรเทอร์มอลคาร์บอนภายใต้ความร้อนระบบไมโครเวฟ โ ด ย ตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดซัลโฟเนเต็ดไฮโดรเทอร์มอลคาร์บอล ถูกเตรียมจากกระบวนการไฮโดรเทอร์มอลคาร์บอไนเซชั่น และติดหมู่ซัลโฟนิกผ่านกระบวนการซัลโฟเนชั่นตามลำดับ ตัวเร่งปฏิกิริยา ชนิดซัลโฟเนเต็ดไฮโดรเทอร์มอลคาร์บอล มีจุดว่องไวในการเกิดปฏิกิริยาคือกรดซัลโฟนิก ซึ่งได้รับการยืนยันว่าเป็นตัวดูดซับคลื่นไมโครเวฟที่ดี โดยสามารถเกิดความร้อนได้อย่างรวดเร็วทำให้เร่งปฏิกริยาได้ทันทีที่ผิวของตัวเร่งปฏิกิริยาการศึกษาสภาวะที่เหมาะสมของปฏิกิริยาเอสเทอร์ริฟิเคชั่นระหว่างกรดโอเลอิกเเละเมทานอลถูกออกเเบบด้วยวิธีการวิเคราะห์พื้นผิวตอบสนองเเบบการออกเเบบส่วนประสมกลางเซ็ลทรัลคอมโพสิต ตัวเเปรในการศึกษาได้เเก่ อัตราส่วนโดยโมลของกรดโอเลอิกกับเมทานอล (1:2.5-1:7.5) เวลาในการทำปฏิกิริยา (50-70 นาที) และปริมาณตัวเร่งปฏิกิริยา ( 2-5 ร้อยละน้ำหนักโดยมวล) จากการศึกษาพบว่า ตัวเเปรอิสระที่มีผลต่อปฏิกิริยามากที่สุดคือ อัตราส่วนโดยโมลของกรดโอเลอิกกับเมทานอล ตามมาด้วยปริมาณตัวเร่งปฏิกิริยา ในขณะที่ เวลาในการทำปฏิกิริยา ไม่มีผลอย่างมีนัยสำคัญในช่วงของการศึกษา แบบจำลองทางสถิติทำนายสภาวะที่เหมาะสมให้ผลิตภัณฑ์ไบโอดีเซลร้อยละ 95.55% ที่อัตราส่วนโดยโมลของกรดโอเลอิกกับเมทานอลเท่ากับ 1:5.8 เวลาในการทำปฏิกิริยา 60 นาทีเเละปริมาณตัวเร่งปฏิกิริยาเท่ากับ3.05 ร้อยละน้ำหนักโดยมวล ผลการทดลองจริงยืนยันว่าแบบจำลองทางสถิติมีความน่าเชื่อถือ ด้วยค่าสัมประสิทธิ์การถดถอย 0.9407 โดยมีค่าความผิดพลาดในการทำนายจากเเบบจำลองเพียงร้อยละ 2.79 นอกจากนี้การศึกษาจลนพลศาสตร์ทางเคมีของปฏิกิริยานี้พบว่าเป็นปฏิกิริยาอันดับหนึ่งเสมือน โดย ค่าคงที่ของอัตราการเกิดปฏิกิริยาขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ และมีค่าพลังงานกระตุ้นเท่ากับ 64 กิโลจูลต่อโมล นอกจากนี้ ยังศึกษาความเป็นไปได้ในการนำ ตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดซัลโฟเนเต็ดไฮโดรเทอร์มอลคาร์บอลที่ผ่านการใช้งานเเล้ว กลับมาใช้ซ้ำ พบว่ามีการเสื่อมสภาพอย่างรวดเร็วหลังการนำกลับมาใช้ซ้ำครั้งเเรก ซึ่งปัญหาดังกล่าวสามารถเเกไขได้โดยการปรับปรุงวิธีการเตรียมตัวเร่งปฏิกิริยาให้มีความเสถียรมากขึ้น

Chulalongkorn University. Office of Academic Resources

Address: BANGKOK

Email: cuir@car.chula.ac.th

Name: Artiwan Shotipruk

Role: advisor

Created: 2018

Modified: 2021-05-19

Issued: 2021-05-19

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

URL: http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/65034

eng

DegreeName: Doctor of Engineering

Level: Doctoral Degree

Descipline: Chemical Engineering

Grantor: Chulalongkorn University

©copyrights Chulalongkorn University

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	5571452521[1].pdf	4.1 MB	13	2026-05-26 18:16:01

ใช้เวลา

0.038543 วินาที