Ученые Санкт-Петербургского государственного университета разработали новый магнитный катализатор на основе оксида кальция и предложили оптимальный метод его восстановления после реакции. Исследование открывает путь к созданию более экономичных и экологичных технологий производства биотоплива. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Bioresource Technology Reports.
Биодизель — один из перспективных видов возобновляемого топлива, производимый из растительных масел путем переэтерификации. Для повышения экономической эффективности и экологичности производства принципиально важно обеспечивать многократное применение ускоряющих реакцию веществ, снижая затраты и объем образующихся отходов.
На практике же регенерация и повторное использование таких материалов остается сложной задачей. В научных изысканиях к разным составам часто применяют различные методы восстановления, что не позволяет объективно оценить эффективность самих подходов.
Специалисты Санкт‑Петербургского университета создали новый магнитный состав из промышленных отходов, после чего в результате опытов нашли для него самый эффективный способ регенерации. Они впервые провели прямое сравнение трех основных методов восстановления (фильтрации, центрифугирования и магнитного извлечения) для одного и того же образца в идентичных условиях получения биотоплива. Такой подход позволил выявить оптимальный способ подготовки материала для промышленного применения.
«Мы решили две ключевые задачи сразу: создали недорогой состав из отходов производства и, что не менее важно, нашли для него оптимальный метод регенерации. Наши эксперименты показали, что для таких систем фильтрация под вакуумом обеспечивает максимальную сохранность активного компонента и высокий выход продукта, тогда как магнитное извлечение оказалось наименее эффективным», — сказал один из авторов исследования, доцент кафедры органической химии СПбГУ Константин Родыгин.
Ученые синтезировали новую магнитную систему на основе оксида кальция (CaO) и магнетита (Fe₃O₄), используя в качестве сырья дешевый и доступный промышленный отход при получении ацетилена — карбидный шлам. Затем авторы провели серию экспериментов по производству биодизеля из соевого масла. Во всех опытах применялся один и тот же материал, однако его восстановление осуществляли разными способами: магнитным извлечением, центрифугированием и фильтрацией под вакуумом.
После каждого цикла исследователи определяли выход конечного продукта, а также массу активного состава, сохраненную для последующего использования.
Эксперименты выявили существенные различия между методами. Наименее эффективным оказалось магнитное извлечение: к пятому циклу потери активного компонента достигали 72%, а выход биодизеля снижался до 84%.
Центрифугирование показало умеренную результативность. К пятому циклу удавалось вернуть в процесс около 67% материала, при этом его активность снижалась, а выход биотоплива падал до 82%.
Наилучшие результаты продемонстрировала фильтрация под вакуумом, обеспечившая оптимальный баланс между сохранностью активной фазы и стабильностью процесса. К пятому циклу сохранялось до 81% массы рабочего состава, а выход биодизеля оставался высоким — около 90%.
Дополнительный анализ показал, что независимо от метода извлечения активная фаза катализатора в ходе реакции необратимо превращается в другие, менее активные соединения, такие как гидроксид кальция и диглицероксид кальция. Это объясняет общее снижение активности, но именно способ отделения от смеси определяет, насколько быстро катализатор будет теряться физически.
Исследование было проведено на базе ресурсных центров Научного парка СПбГУ.
Информация предоставлена пресс-службой СПбГУ
Источник фото: ru.123rf.com
