블로그

Aug 12, 2023

마이크로파

과학 보고서 12권,

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 21455(2022) 이 기사 인용

1612 액세스

2 인용

2 알트메트릭

측정항목 세부정보

본 연구에서는 저온수열탄화법을 이용하여 아레카 열매껍질을 이용하여 고체산촉매를 합성하였다. 제작된 촉매는 저온에서 효과적인 바이오디젤 합성에 크게 사용되는 –SO3H로 인해 향상된 설폰 활성 부위(3.12%)와 높은 산 밀도(1.88mmol g−1)를 가지고 있습니다. 촉매의 화학적 조성과 형태는 푸리에 변환 적외선(FTIR), 분말 X선 회절(XRD), Brunauer-Emmett-Teller(BET), 주사 전자 현미경(SEM), 에너지 파괴적 기술과 같은 다양한 기술을 통해 결정됩니다. 분광학(EDS), 매핑, 열중량 분석(TGA), CHNS 분석기, 투과 전자 현미경(TEM), 입자 크기 분석기 및 X선 광전자 분광학(XPS). 합성된 물질의 산 밀도를 결정하기 위해 산-염기 역적정법을 사용했습니다. 제조된 촉매가 있는 경우 올레산(OA)에서 메틸 올레에이트로의 전환은 최적화된 조건(1:25 올레산:메탄올 비율, 80°C, 60분, 9wt%)에서 60분 만에 96.4%에 도달했습니다. 촉매 투여량) 및 45.377 kJ mol−1의 낮은 활성화 에너지가 관찰되었습니다. 촉매의 다공성 구조와 술폰산 그룹의 존재는 촉매의 높은 활성에 기여합니다. 바이오디젤 합성은 가스 크로마토그래피 질량 분석기(GC-MS)와 핵자기 공명(NMR)을 통해 확인되었습니다. 촉매의 재사용성은 최대 4개의 연속 사이클까지 조사되었으며, 네 번째 촉매 사이클에서 OA가 메틸 올리에이트로 85% 높은 전환율을 보였습니다.

지속 가능한 발전은 천연 자산을 사용하고 다음 세대를 위해 보존하면서 현재의 에너지 수요를 충족시키는 효과적인 방법을 의미합니다1. 제조업 기업과 정부 기관을 통해 과학 기술 문명은 주택, 자재, 청정 에너지, 식품 안전, 심지어 도시 계획 연구 이니셔티브까지 장려하는 데 있어 극대화되었습니다. 개선된 석유 회수 방법을 사용하여 원유 매장지의 에너지 탐사에 대한 상당한 연구가 이전에 수행되었음에도 불구하고, 현재 기술을 사용한 활용의 경제성은 여전히 ​​매우 의심스럽습니다. 2040년에는 세계 인구가 50% 증가하여 에너지 소비가 증가할 것으로 예상됩니다. 그러나 현재의 기후 변화와 CO2 배출을 완화하려면 재생 가능한 에너지원을 배치하여 전력 수요와 공급 간의 격차를 줄여야 합니다3,4.

바이오디젤 또는 FAME(지방산 메틸 에스테르)는 생분해성, 재생 가능, 무독성 및 CO2 중립 에너지원입니다. 바이오디젤의 연소 특성은 석유 디젤과 놀라울 정도로 유사합니다5. 유사한 물리적 및 화학적 특성은 바이오디젤이 엔진 개조 없이 디젤 엔진에 활용될 수 있음을 시사합니다. 미래의 귀중한 에너지원으로서의 놀라운 잠재력으로 인해 몇몇 연구자들은 바이오디젤을 지속 가능한 에너지원으로 사용하기 위해 노력해 왔습니다6. 바이오디젤 생산에는 불균일 촉매와 균일 촉매가 모두 사용되는 경우가 많습니다. 물과 유리지방산에 대한 민감도가 높기 때문에 균일 촉매를 사용하는 데에는 여러 가지 단점이 있습니다7. 이와 함께 균일 촉매는 부반응으로 인해 비누 축적을 유발합니다. 결과적으로, 고체상 에스테르화 촉매의 급성장에 초점이 맞춰졌습니다. 혼합 산화물, 전이 금속 산화물, 금속 산화물, 하이드로탈사이트, 이온 교환 수지, 제올라이트 및 탄소 기반을 포함한 여러 산성 및 염기성 촉매를 바이오디젤 형성에 사용할 수 있습니다. 조류 바이오매스, 비식용 식물, 동물성 지방 및 폐유로 만든 연료는 기존 디젤에 대한 실행 가능한 대안 또는 첨가물로 선전되고 있습니다5,6. 화학 물질에서 파생된 이종 촉매는 침출, 미세 다공성, 활성 부위 감소, 독성 및 환경 비친화성과 같은 몇 가지 단점도 있습니다8,9. 반면, 불균일 촉매는 많은 단계와 고온 등 비용이 많이 들고 복잡한 제조 방법을 야기하거나 생물 자원을 활용하지 못하는 경우가 많습니다. 바이오디젤 생산을 위한 저가형 바이오매스에서 추출한 촉매는 기존 화석 연료를 대체하는 데 사용되므로 매력적인 대안이 됩니다10. 그 결과, 이제 과학자들은 지속 가능한 바이오매스와 비식용 자원으로부터 바이오디젤을 개발해야 합니다. 탄소 기반 소재는 지속 가능성, 비용 효율성, 경제성 및 재생 가능 자원으로 인해 관심을 끌고 있습니다. 탄소성 물질은 촉매 연료 생산11, 에너지 저장12, 탄소 에어로겔13과 같은 중요한 응용 분야를 가지고 있습니다. 이러한 방식으로 바이오매스를 활용하는 매력은 일반적으로 지속 가능하고 독성이 없는 천연 자원을 재사용함으로써 제조 생산량을 낮출 수 있는 가능성에서 비롯됩니다. 바이오매스 유래 이종촉매는 무독성, 비부식성, 2차 폐기물 발생이 없고, 반응혼합물에서 쉽게 분리될 수 있어 친환경적인 대안을 제시합니다. 더욱이, 촉매의 생분해는 폐기 문제로 인해 우려를 일으키지 않습니다. 바이오매스로 만들어진 효과적인 제조 촉매는 넓은 표면적과 넓은 기공 직경을 가지고 있습니다.