Butyl esters production from canola oil over heterogeneous base catalysts

Abstract

In this study, transesterification reaction of canola oil with butanol over calcium oxide alumina catalyst was investigated with varying butanol:lipid molar ratios, catalyst amount and reaction time. Catalysts were prepared with the single step sol-gel method, and the activity of synthesized catalysts were investigated for two different forms of catalysts as powder and structured form. In the case of powdered catalysts, at butanol:lipid molar ratios of 9 and 24 with 6 wt% of lipids as catalyst amount, leaded 32% and 45% butyl esters yield in 1 hour. On the other hand, ~70% butyl esters yield has obtained at butanol:lipid molar ratios of 48 and 60 for the reaction time of 1 hour, while 89% yield had achieved when the reaction lasted for 4 hours at butanol:lipid molar ratio of 48. The necessity of mild basic strength and high butanol:lipid molar ratio was found to obtain high butyl esters yield. At high butanol lipid ratios of 48 and 60, it was observed that glycerolysis reaction occurs and promotes reverse transesterification reactions in first 30 minutes of the experiments. In the case of structured catalysts, lower butyl esters yields than powder catalysts were obtained, yet they eliminated the need for catalysts separation step in the experiments. Reusability tests showed that catalyst activity has decreased due to calcium ion leaching in the first hour of reaction and kept its activity constant for the rest of the reaction.

Bu çalışmada, kanola yağının bütanol ile birlikte, kalsiyum oksit alüminyum oksit katalizör üzerinde, değişen bütanol:lipid oranları, katalizör miktarı ve reaksiyon süreleri ile transesterifikasyon reaksiyonu incelenmiştir. Katalizörler tek basamaklı bir sol-jel yöntemi ile hazırlanmıştır ve hazırlanan katalizörlerin aktivitesi iki farklı katalizör formu için, toz ve yapılandırılmış form olarak incelenmiştir. Toz katalizörler için, 9 ve 24'lük molar bütanol:lipid oranlarında ve lipidin kütlece 6%'sı kadar katalizörle, 1 saatte, 32%'lik ve 45%'lik butil ester verimi elde edilmiştir. Diğer bir yandan, 1 saatlik reaksiyon süresi için, yaklaşık olarak %70'lik butil ester verimi, 48 ve 60 molar bütanol:lipid oranlarına elde edilmiştir ve 48 bütanol:lipid molar oranı için reaksiyon süresi 4 saate uzatıldığında %89'luk verim elde edilmiştir. Orta derece bazik kuvvetlik ve yüksek bütanol:lipid molar oranın yüksek butil ester verimi elde etmek için gerekli olduğu bulunmuştur. 48 ve 60'lık yüksek bütanol:lipid molar oranlarında, deneyin ilk 30 dakikasında, gliserolisiz reaksiyonun olduğu ve ters transesterifikasyon reaksiyonunu desteklediği gözlemlenmiştir. Yapılandırılmış katalizörler için, toz katalizörlere göre daha düşük butil ester verimleri elde edilmiştir fakat deneyler için katalizör ayırma aşamasının gerekliliğini ortadan kaldırmışlardır. Tekrar kullanılabilirlik testleri, reaksiyonun ilk saatinde kalsiyum iyonu salınımından dolayı katalizör aktivitesi düşmüştür ve reaksiyonun geri kalanında aktivite sabit kalmıştır.