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Aug 12, 2023

Microondas

Relatórios Científicos volume 12,

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 21455 (2022) Citar este artigo

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Neste estudo, sintetizamos um catalisador ácido sólido a partir da casca da noz de areca usando o método de carbonização hidrotérmica a baixa temperatura. O catalisador fabricado possui sítios ativos sulfônicos aprimorados (3,12%) e alta densidade de ácido (1,88 mmol g−1) devido ao –SO3H, que são usados ​​significativamente para a síntese efetiva de biodiesel em baixas temperaturas. A composição química e a morfologia do catalisador são determinadas por várias técnicas, como infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), difração de raios X em pó (XRD), Brunauer–Emmett–Teller (BET), microscópio eletrônico de varredura (SEM), energia disruptiva espectroscopia (EDS), mapeamento, análise termogravimétrica (TGA), analisador CHNS, microscopia eletrônica de transmissão (TEM), analisador de tamanho de partícula e espectroscopia de fotoelétrons de raios X (XPS). O método de retrotitulação ácido-base foi usado para determinar a densidade ácida do material sintetizado. Na presença do catalisador como fabricado, a conversão de ácido oleico (OA) em oleato de metila atingiu 96,4% em 60 min sob condições otimizadas (1:25 ácido oleico: proporção de metanol, 80 °C, 60 min, 9% em peso dosagem de catalisador) e observou baixa energia de ativação de 45,377 kJ mol−1. A presença da estrutura porosa e dos grupos sulfônicos do catalisador contribui para a alta atividade do catalisador. A síntese do biodiesel foi confirmada por espectrômetro de massa por cromatografia gasosa (GC–MS) e ressonância magnética nuclear (RMN). A reutilização do catalisador foi examinada até quatro ciclos consecutivos, resultando em uma alta transformação de 85% de OA em oleato de metila no quarto ciclo catalítico.

O desenvolvimento sustentável refere-se a métodos eficazes para atender à demanda atual de energia, usando recursos naturais e preservando-os para as gerações seguintes1. Através de empresas manufatureiras e agências governamentais, a civilização científica e técnica foi maximizada ao encorajar moradia, materiais, energia limpa, segurança alimentar e até mesmo iniciativas de pesquisa em planejamento urbano2. Embora um estudo substancial tenha sido realizado anteriormente sobre a exploração energética de depósitos de petróleo bruto com métodos aprimorados de recuperação de petróleo, a economia de sua utilização usando a tecnologia atual permanece muito questionável. Até 2040, a população mundial deverá crescer 50%, resultando em aumento do consumo de energia. No entanto, para aliviar as atuais mudanças climáticas e as emissões de CO2, a lacuna entre a demanda e a oferta de energia deve ser reduzida pela implantação de fontes renováveis3,4.

O biodiesel ou FAME (éster metílico de ácido graxo) é uma fonte de energia biodegradável, renovável, não tóxica e neutra em CO2. As características de combustão do biodiesel são incrivelmente semelhantes às do diesel de petróleo5. Características físicas e químicas semelhantes sugerem que o biodiesel pode ser utilizado em motores a diesel sem a necessidade de modificação do motor. Devido ao seu incrível potencial como fonte de energia valiosa no futuro, vários pesquisadores têm trabalhado para usar o biodiesel como fonte de energia sustentável6. A produção de biodiesel frequentemente utiliza catalisadores heterogêneos e homogêneos. Existem várias desvantagens no uso de catalisadores homogêneos devido à alta sensibilidade à água e aos ácidos graxos livres7. Junto com isso, catalisadores homogêneos levam ao acúmulo de sabão devido à reação lateral. Como resultado, um foco maior tem sido dado ao surgimento de catalisadores de esterificação em fase sólida. Vários catalisadores ácidos e básicos, incluindo óxidos mistos, óxidos de metais de transição, óxidos metálicos, hidrotalcita, resina de troca iônica, zeólitas e à base de carbono, estão disponíveis para a formação de biodiesel. O combustível feito de biomassa de algas, plantas não comestíveis, gorduras animais e óleos residuais está sendo apresentado como uma alternativa viável ou adição ao diesel tradicional5,6. Catalisadores heterogêneos derivados de produtos químicos também apresentam várias desvantagens, como lixiviação, microporosidade, menos locais ativos, toxicidade e ambiente hostil8,9. Por outro lado, catalisadores heterogêneos muitas vezes causam métodos de fabricação caros e complexos, como numerosas etapas e altas temperaturas ou não utilizam recursos biogênicos. Catalisadores derivados de biomassa de baixo custo para a produção de biodiesel são utilizados em substituição aos combustíveis fósseis convencionais, tornando-os uma alternativa atraente10. Como resultado, os cientistas agora são obrigados a desenvolver biodiesel a partir de biomassa sustentável e fontes não comestíveis. Os materiais à base de carbono ganham interesse devido à sustentabilidade, recursos econômicos, econômicos e renováveis. Os materiais carbonáceos têm aplicações significativas, como produção de combustível catalítico11, armazenamento de energia12 e aerogéis de carbono13. O fascínio de utilizar a biomassa dessa maneira decorre da possibilidade de reduzir a produção industrial, reutilizando recursos naturais geralmente sustentáveis ​​e não tóxicos. Os catalisadores heterogêneos derivados da biomassa oferecem alternativas ecológicas, pois são atóxicos, não corrosivos, não geram resíduos secundários e são facilmente separáveis ​​da mistura de reação. Além disso, a biodegradação do catalisador não causa preocupação devido ao desafio do descarte. O catalisador fabricado eficaz feito a partir de biomassa tem uma grande área de superfície e amplo diâmetro de poro14.