การผลิตไบโอดีเซลโดยใช้อัลตราโซนิกในปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชันจากน้ำมันถั่วเหลืองด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาโปแทสเซียม/เมโซพอรัสซิลิกา

Abstract

บทคัดย่อ

งานวิจัยนี้ศึกษาผลของการผสมโดยใช้อัลตราโซนิก (37 kHz) ต่อการเร่งปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชันในการผลิตไบโอดีเซลจากน้ำมันถั่วเหลืองและเมทานอล โดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาเป็นแบบวิวิธพันธ์คือเมโซพอรัส ซิลิกาเป็นตัวรองรับโปแทสเซียม โดยตัวรองรับสังเคราะห์ได้จากเตตระเอทิลออร์โธซิลิเกต ด้วยการทำไฮโดรเทอร์มอลที่อุณหภูมิ 100 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 6 ชั่วโมง และเผาที่อุณหภูมิ 600 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 3 ชั่วโมง จากนั้นเติมโลหะลงบนตัวรองรับที่เตรียมได้โดยวิธีจุ่มชุ่มด้วยสารละลายโพแทสเซียมไอโอไดด์ ความเข้มข้น 15 % โดยน้ำหนัก การวิเคราะห์ลักษณะโครงสร้างผลึกของตัวเร่งปฏิกิริยาสามารถทำได้ด้วยการศึกษาการเลี้ยวเบนของรังสีเอ็กซ์ และการศึกษาความแรงของเบสด้วยเทคนิค Hammett indicator การทดลองนี้ได้ศึกษาผลของปริมาณตัวเร่งปฏิกิริยา (2.5, 5.0 และ 7.5 %โดยน้ำหนักของน้ำมัน) อุณหภูมิ (50, 60 และ 70 องศาเซลเซียส) และเวลาในการทำปฏิกิริยา (6, 7 และ 8 ชั่วโมง) ต่อการเกิดปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชัน พบว่าสภาวะที่ เหมาะสมคือปริมาณตัวเร่งปฏิกิริยา 5 % โดยน้ำหนักของน้ำมัน อุณหภูมิ 70 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 8 ชั่วโมง จะได้ค่าการเปลี่ยนไปเป็นเมทิลเอสเทอร์สูงสุด คือ 90.7 % และเวลาการทำปฏิกิริยาลดเหลือ 7 ชั่วโมง จะได้ค่าการเปลี่ยนไปเป็นเมทิลเอสเทอร์เท่ากับ 89.3 % ซึ่งเมื่อเปรียบเทียบกับการปั่นกวนเชิงกลที่อุณหภูมิ 70 องศาเซลเซียส ต้องใช้เวลา 8 ชั่วโมง หรือลดลงประมาณ 13 % จึงสรุปได้ว่าการใช้เครื่องอัลตราโซนิกสามารถลดเวลาในการเกิดปฏิกิริยาลงได้

คำสำคัญ : ไบโอดีเซล; น้ำมันถั่วเหลือง; ตัวเร่งปฏิกิริยาเป็นแบบวิวิธพันธ์; อัลตราโซนิก; โซโนเคมี

Abstract

In this study, the effect of ultrasonic mixing (37 kHz) on transesterification of soybean oil and methanol for biodiesel production has been investigated. Mesoporous silica loaded with potassium was used as a heterogeneous catalyst in the transesterification. The mesoporous silica, as a supported catalyst, was prepared from tetraethyl orthosilicate via hydrothermal method at 100 ºC for 6 h, and then calcined at 600 ºC for 3 h. The metal was added onto the supporter by impregnation with a solution of 15 wt % KI. The synthetic catalyst was characterized on crystal structure by X-ray diffraction and on basic strength by Hammett indicator technique. The effect of amount of catalyst (2.5, 5.0 and 7.5 % by weight of oil), reaction temperatures (50, 60 and 70 oC) and reaction time (6, 7 and 8 h) were concerned. This study presented that the optimum condition was 5.0 % catalyst, reaction temperature of 70 oC and a reaction time of 8 h which yielded 90.7 % of the soybean oil conversion. While reaction time of 7 h was giving 89.3 % of the soybean oil conversion, the result was not in difference from 8 hours of using mechanical stirring. The reaction time can be reduced by 13 %, therefore, ultrasonication can reduce the reaction time.

Keywords: biodiesel; soybean oil; heterogeneous catalyst; ultrasonic; sonochemical