Cacbon Amberlyst 16 tái sử dụng cho phản ứng este hóa axit acetic liên quan đến quy trình nâng cấp dầu sinh học từ nhiệt phân

Reaction Kinetics, Mechanisms and Catalysis - Tập 126 - Trang 181-197 - 2018
Mangesh R. Avhad1, Miriam V. Osborg1, Jorge M. Marchetti1
1Faculty of Science and Technology, Norwegian University of Life Sciences, Ås, Norway

Tóm tắt

Bài báo nghiên cứu hiện tại đề cập đến khả năng của Amberlyst 16 không đồng nhất trong việc xúc tác phản ứng este hóa giữa axit acetic và ethanol, cũng như mô hình hóa động học hóa học. Các yếu tố ảnh hưởng của quá trình tiền xử lý, nhiệt độ phản ứng, tỷ lệ mol ethanol và axit, liều lượng xúc tác và thời gian lên tốc độ sản xuất etyl axetat đã được điều tra một cách có hệ thống. Hơn nữa, khả năng tái sử dụng của Amberlyst 16 để tăng tốc phản ứng este hóa đã được xem xét kỹ lưỡng. Amberlyst 16 được phát hiện là một chất xúc tác phù hợp cho quá trình này, đạt được độ chuyển đổi axit cuối cùng là 93,3% ở nhiệt độ phản ứng 60 °C, tỷ lệ mol ethanol và axit là 6:1, liều lượng xúc tác 10 wt% và cường độ khuấy 200 rpm sau 1680 phút, và có thể được sử dụng thành công cho 4 lần thí nghiệm tái chế. Một mô hình động học chi tiết đã được phát triển và thử nghiệm cho quá trình đã mô tả, dựa trên cơ chế bốn bước tương đương với cơ chế Langmuir–Hinshelwood. Đã được phát hiện rằng phản ứng este hóa đã diễn ra giữa ion ethoxide và axit acetic được hóa hấp phụ trên các bề mặt xúc tác lân cận, trong khi đó, toàn bộ quá trình được kiểm soát bởi bước phản ứng bề mặt.

Từ khóa

#Amberlyst 16 #phản ứng este hóa #axit acetic #ethanol #động học hóa học #tái sử dụng

Tài liệu tham khảo

Gaspar AB, Esteves AML, Mendes FMT, Barbosa FG, Appel LG (2009) Chemicals from ethanol—the ethyl acetate one-pot synthesis. Appl Catal A 1–2:109 Nielsen M, Junge H, Kammer A, Beller M (2012) Towards a green process for bulk-scale synthesis of ethyl acetate: efficient acceptorless dehydrogenation of ethanol. Angew Chem Int Ed 23:5711 PRWEB (2015) Global ETAC production to exceed 3.5 Mln Tonnes in 2015. http://www.prweb.com/releases/2014/02/prweb11619424.htm. Accessed 21 August 2018 Merchant Research & Consulting Ltd. Ethyl Acetate (ETAC) (2016) World market outlook and forecast up to 2020. https://mcgroup.co.uk/researches/ethyl-acetate-etac. Accessed 21 August 2018 Inui K, Kurabayashi T, Sato S (2002) Direct synthesis of ethyl acetate from ethanol over Cu-Zn-Zr-Al-O catalyst. Appl Catal A 1–2:53 Inui K, Kurabayashi T, Sato S (2002) Direct synthesis of ethyl acetate from ethanol carried out under pressure. J Catal 212(2):207 Manayil JC, Inocencio CVM, Lee AF, Wilson K (2016) Mesoporous sulfonic acid silicas for pyrolysis bio-oil upgrading via acetic acid esterification. Green Chem 18:1387 Bennett JA, Parlett CMA, Isaacs MA, Durndell LJ, Olivi L, Lee AF, Wilson K (2017) Acetic acid ketonization over Fe3O4/SiO2 for pyrolysis bio-oil upgrading. ChemCatChem 9(9):1648 Rönnback R, Salmi T, Vuori A, Haario H, Lehtonen J, Sundqvist A, Tirronen E (1997) Development of a kinetic model for the esterification of acetic acid with methanol in the presence of a homogeneous acid catalyst. Chem Eng Sci 52(19):3369 Mäki-Arvela P, Salmi T, Sundell M, Ekman K, Peltonen R, Lehtonen J (1999) Comparison of polyvinylbenzene and polyolefin supported sulphonic acid catalysts in the esterification of acetic acid. Appl Catal A 184(1):25 Jafar JJ, Budd PM, Hughes R (2002) Enhancement of esterification reaction yield using zeolite A vapour permeation membrane. J Membr Sci 199(1–2):117 Marchetti JM, Errazu AF (2008) Esterification of free fatty acids using sulfuric acid as catalyst in the presence of triglycerides. Biomass Bioenerg 32(9):892 Marchetti JM, Pedernera MN, Schbib NS (2011) Production of biodiesel from acid oil using sulfuric acid as catalyst: kinetics study. Int J Low-Carbon Technol 6(1):38 Avhad MR, Marchetti JM (2016) Innovation in solid heterogeneous catalysis for the generation of economically viable and ecofriendly biodiesel: a review. Catal Rev Sci Eng 58(2):157 Marchetti JM, Errazu AF (2008) Comparison of different heterogeneous catalysts and different alcohols for the esterification reaction of oleic acid. Fuel 87(15–16):3477 Ilgen O (2014) Investigation of reaction parameters, kinetics and mechanism of oleic acid esterification with methanol by using Amberlyst 46 as a catalyst. Fuel Process Technol 124:134 Tsai Y-T, H-m Lin, Lee M-J (2011) Kinetics behavior of esterification of acetic acid with methanol over Amberlyst 36. Chem Eng J 171(3):1367 Jermy BR, Pandurangan A (2005) A highly efficient catalyst for the esterification of acetic acid using n-butyl alcohol. J Mol Catal A Chem 237(1–2):146 Miao S, Shanks BH (2011) Mechanism of acetic acid esterification over sulfonic acid-functionalized mesoporous silica. J Catal 279(1):136 Peters TA, Benes NE, Holmen A, Keurentjes JTF (2006) Comparison of commercial solid acid catalysts for the esterification of acetic acid with butanol. Appl Catal A 297(2):182 Corma A, Garcia H, Iborra S, Primo J (1989) Modified faujasite zeolites as catalysts in organic reactions: esterification of carboxylic acids in the presence of HY zeolites. J Catal 120(1):78 Verhoef MJ, Kooyman PJ, Peters JA, van Bekkum H (1999) A study on the stability of MCM-41-supported heteropoly acids under liquid- and gas-phase esterification conditions. Micropor Mesopor Mater 27(2–3):365 Izci A, Bodur F (2007) Liquid-phase esterification of acetic acid with isobutanol catalyzed by ion-exchange resins. React Funct Polym 67(12):1458 de la Iglesia Ó, Mallada R, Menéndez M, Coronas J (2007) Continuous zeolite membrane reactor for esterification of ethanol and acetic acid. Chem Eng J 131(1–3):35 Pöpken T, Götze L, Gmehling J (2000) Reaction kinetics and chemical equilibrium of homogeneously and heterogeneously catalyzed acetic acid esterification with methanol and methyl acetate hydrolysis. Ind Eng Chem Res 39(7):2601 Gangadwala J, Mankar S, Mahajani S, Kienle A, Stein E (2003) Esterification of acetic acid with butanol in the presence of ion-exchange resins as catalysts. Ind Eng Chem Res 42(10):2146 Hykkerud A, Marchetti JM (2016) Esterification of oleic acid with ethanol in the presence of Amberlyst 15. Biomass Bioenerg 95:40 Avhad MR, Sánchez M, Peña E, Bouaid A, Martínez M, Aracil J, Marchetti JM (2016) Renewable production of value-added jojobyl alcohols and biodiesel using a naturally-derived heterogeneous green catalyst. Fuel 179:332 Tesser R, Casale L, Verde D, Di Serio M, Santacesaria E (2010) Kinetics and modeling of fatty acids esterification on acid exchange resins. Chem Eng J 157(2–3):539 Özbay N, Oktar N, Tapan NA (2008) Esterification of free fatty acids in waste cooking oils (WCO): role of ion-exchange resins. Fuel 87(10–11):1789 Leveneur S, Murzin DY, Salmi T, Mikkola J-P, Kumar N, Eränen K, Estel L (2009) Synthesis of peroxypropionic acid and hydrogen peroxide over heterogeneous catalysts. Chem Eng J 147:323