Production efficace de biodiesel à partir d'acide oléique et palmitique à l'aide d'un nouveau métal molybdène

Jan 26, 2024

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 10338 (2022) Citer cet article

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Dans cette étude, une structure métallo-organique à base de molybdène et d'acide pipéridine-4-carboxylique a été synthétisée par une méthode solvothermique simple et utilisée comme catalyseur efficace pour la production de biodiesel à partir d'acide oléique et d'acide palmitique via une réaction d'estérification. Le catalyseur préparé a été caractérisé par XRD, FTIR, TGA, DSC, BET, SEM, TEM, ICP-OES, cartographie aux rayons X et analyse EDX. Le catalyseur Mo-MOF résultant présente une morphologie en forme de bâtonnet, une surface spécifique de 56 m2/g et une stabilité thermique jusqu'à 300 °C. Le catalyseur solide présentait des activités élevées pour l'estérification de l'acide oléique et de l'acide palmitique. De plus, le catalyseur pourrait être simplement récupéré et réutilisé efficacement plusieurs fois sans perte significative de son activité. Les résultats obtenus ont également révélé que la structure métallo-organique pouvait être utilisée pour la production appropriée et rapide de biodiesel.

En raison de la pollution croissante de l’environnement et du réchauffement climatique provoqué par les combustibles fossiles, de nombreuses études cherchent à développer des technologies d’énergies renouvelables. Dans ce contexte, le biodiesel est considéré comme ayant le plus grand potentiel de réduction de la quantité de particules1, de CO22 et d’émissions de gaz à effet de serre3 en raison de son indice d’octane élevé4 et de sa faible viscosité5, ce qui en fait une alternative prometteuse et économiquement réalisable aux combustibles fossiles courants6. Le biodiesel est une énergie renouvelable qui peut être produite par transestérification des triglycérides présents dans l'huile de biomasse (telle que l'huile végétale et la graisse animale) avec du méthanol7. Les méthodes traditionnelles de production de biodiesel utilisent des conditions homogènes en présence de bases ou d'un catalyseur acide tel que l'acide sulfurique et l'hydroxyde de sodium8. Ces systèmes homogènes souffrent de limitations telles que la corrosion des réacteurs, la récupération et la recyclabilité difficiles du catalyseur et la pollution environnementale9,10. Dans ce contexte, les catalyseurs hétérogènes offrent plus d'avantages par rapport aux catalyseurs homogènes, tels que recyclables10,11, facilité de processus de séparation-purification12, pureté élevée du glycérol13 et non corrosif14. À ce jour, de nombreux catalyseurs acides et basiques solides dotés de fonctionnalités structurelles et de surface réglables ont été proposés, et nombre d’entre eux présentent une activité catalytique élevée pour le rendement de production de biodiesel. Les catalyseurs hétérogènes à base solide fournissent généralement des taux plus élevés que leurs homologues acides dans des conditions de réaction plus douces. Cependant, ils ne peuvent pas être directement utilisés pour les huiles contenant plus de 2 % en poids de FFA en raison de réactions secondaires, telles que la saponification et l'hydrolyse, et diminuent à la fois l'activité du catalyseur et le rendement en esters15. Par conséquent, les catalyseurs acides solides sont utilisés lorsqu’il s’agit d’huiles végétales de mauvaise qualité ou non comestibles contenant des quantités importantes d’AGL et d’eau15. Les composés de molybdène ont été reconnus comme des catalyseurs polyvalents, en raison de la capacité de ce métal à se trouver à la surface du solide dans différents états d'oxydation, allant de Mo6+ au Mo métallique (Mo0)16.

Le molybdate de sodium anhydre17, le MoO318 en vrac, le molybdène de silice MoO3/B-ZSM-519 supporté sur alumine20, la silice, la silice-alumine et l'oxyde de titane21,22, ainsi que le carbone23 ont été utilisés comme catalyseurs d'estérification et de transestérification pour la production de biodiesel à partir de plusieurs huiles, y compris les huiles usées. Gandía et al., ont décrit l'application de l'oxyde de molybdène en vrac et supporté par Al2O3 pour la production de biodiesel à partir du pétrole. Des expériences de contrôle ont montré que le MoO3 en vrac est très actif pour les réactions de transestérification et d'estérification, mais il souffre d'un lessivage important du molybdène dans le milieu réactionnel.

Par rapport au MoO3 en vrac, le MoO3 supporté par l'alumine conduit à une utilisation plus efficace de la phase active et à une stabilité améliorée vis-à-vis de la lixiviation du molybdène par le milieu réactionnel . Dans cette étude, nous avons présenté un nouveau MOF en tant que catalyseur séparable très efficace pour la production de biodiesel à partir d'acide oléique et d'acide palmitique via une réaction d'estérification. Ces dernières années, les structures métallo-organiques (MOF) attirent de plus en plus l’attention en raison de leurs propriétés importantes telles que leur composition contrôlable, leur grande surface26,27, leur stabilité thermique28, leur flexibilité et leur préparation facile29. Les MOF sont construits à partir de SBU connectés par des liaisons organiques pour former des réseaux de coordination étendus. Les lieurs largement utilisés dans les MOF sont des chélateurs organiques rigides tels que les ligands d’acides aminés, d’acide téréphtalique et de polycarboxylate. De nombreux facteurs affectent l'activité des MOF, tels que le ligand organique, le type de solvant, la taille des particules et le type de métal. Les structures métallo-organiques (MOF), connues sous le nom de polymères de coordination, font l'objet d'études par de nombreux chercheurs pour des applications avancées, notamment la catalyse30,31,32, la séparation33,34, le stockage de gaz35, la capture du dioxyde de carbone36. Les MOF ont principalement leurs nanostructures ajustables et leurs propriétés poreuses. Cependant, en tant que bon support, le MOF possède également ses performances catalytiques inhérentes. De plus, les matériaux catalytiques fonctionnels à base de MOF présentent un grand potentiel dans la production de biodiesel et dans d’autres bioraffineries pertinentes. Dans le tableau 1, des catalyseurs bifonctionnels hétérogènes typiques ont été choisis pour être comparés aux catalyseurs bifonctionnels à base de MOF pour la production de biodiesel. Ces études ont révélé que le MOF avec des groupes aminés (base de Brønsted) présentait une activité catalytique élevée et des conditions douces pour la production de biodiesel par rapport à un autre catalyseur acide-base hétérogène (Tableau 1).