นโยบายการจัดการความรู้ มหาวิทยาลัยสงขลานครินทร์ 1.ให้ใช้เครื่องมือการจัดการความรู้ผลักดัน คุณภาพคน และกระบวนทำงาน 2.ส่งเสริมการแลกเปลี่ยนประสบการณ์การทำงาน จากหน้างาน 3.ส่งเสริมให้มีเวทีเรียนรู้ร่วมกัน

คนธรรมดา
Ico64
เครือข่าย
สมาชิก · ติดตาม: 5 · ผู้ติดตาม: 22

อ่าน: 5759
ความเห็น: 0

PSU ไบโอดีเซล 31: ตัวเร่งปฏิกิริยาวิวิธพันธุ์

การเร่งปฏิกิริยาด้วยด่างแบบวิวิธพันธุ์ (Heterogeneous alkaline catalysis)

       ขณะที่การเร่งปฏิกิริยาแบบเอกพันธุ์มีข้อดีที่มาก แต่ข้อเสียหลักก็คือตัวเร่งปฏิกิริยาเอกพันธุ์ไม่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ ยิ่งกว่านั้นยังต้องกำจัดตัวเร่งปฏิกิริยาที่เหลือออกจากผลผลิตเอสเตอร์ ซึ่งโดยทั่วไปจำเป็นต้องผ่านการล้างหลายครั้ง ซึ่งจะเพิ่มต้นทุนการผลิต ดังนั้น จึงมีความพยายามหลากหลายที่จะทำให้ผลผลิตบริสุทธิ์ได้ง่ายขึ้น โดยการใช้ตัวเร่งวิวิธพันธุ์ ซึ่งสามารถนำกลับคืนโดยการตกตะกอน (decantation) หรือการกรอง (filtration) หรือ ใช้ในถังปฏิกรณ์แบบเบดนิ่ง (fixed-bed) ข้อดีที่สำคัญของตัวเร่งปฏิกิริยาวิวิธพันธุ์คือสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ มีสภาพการกัดกร่อนน้อยกว่า เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม และเป็นกระบวนการที่เชื่อมั่นได้สูง

          การวิจัยและพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาแบบวิวิธพันธุ์ในปัจจุบันมุ่งเน้นไปที่การพัฒนาอัตราการเร่งปฏิกิริยาให้เทียบเท่าตัวเร่งปฏิกิริยาแบบเอกพันธุ์ เช่น ระดับผลได้ของ FAME การใช้อุณหภูมิในการทำปฏิกิริยาที่ต่ำ การลดอัตราส่วนเชิงโมลของแอลกอฮอล์ต่อน้ำมัน ซึ่งโดยทั่วไปตัวเร่งปฏิกิริยาวิวิธพันธ์จะต้องใช้อุณหภูมิในระดับที่สูงมาก (100-250 °C) และใช้ปริมาณแอลกอฮอล์ที่สูง เพื่อเอาชนะขีดจำกัดในด้านการถ่ายโอนมวลสาร จากความหนืดที่สูงของสารเข้าทำปฏิกิริยาเพื่อเข้าไปสัมผัสกับตัวเร่งปฏิกิริยาได้ดียิ่งขึ้น

          สภาพการเลือก (selectivity) ก็เป็นประเด็นที่น่าสนใจในการศึกษาการลดการเกิดโมโน-และได-กลีเซอไรด์ลง การเสื่อมสภาพก็เป็นหัวข้อที่ศึกษากันมาก การถูกชะออก (leaching) ของตัวเร่งปฏิกิริยาจะส่งผลต่อความบริสุทธิ์ของเอสเตอร์และกลีเซอรอล การทดสอบการใช้งานกับสารป้อนที่มีกรดไขมันอิสระและน้ำสูงก็ได้รับการศึกษากันมาก เพราะน้ำมันคุณภาพต่ำจะเป็นสารป้อนที่ทำกำไรได้มากกว่า ดังนั้นตัวเร่งปฏิกิริยาจะต้องมีความว่องไวที่ไม่ลดลงจากการเสื่อมสภาพ (deactivity) และไม่ก่อเกิดสบู่อีกด้วย

          เราจะรวบรวมผลสรุปของการจำแนกชนิดตัวเร่งปฏิกิริยาวิวิธพันธุ์ตามการจำแนกของ Hattori H (2004) Journal of the Japan Petroleum Institute, 47, (2), 67-81  ดังตารางต่อไปนี้

  1. โลหะออกไซด์เดี่ยว เช่น แคลเซียมออกไซด์ (CaO) จะต้องใช้สัดส่วนเชิงโมลเมทานอล/น้ำมัน ในสัดส่วนที่สูงมาก (40: 1) โดยมีข้อเด่นที่ราคาตัวเร่งปฏิกิริยาถูก แต่มีการสูญเสียจากการเกิดเป็น Ca(OCH3)2 สภาพเบส (basicity) เป็นปัจจัยที่สำคัญในการเร่งปฏิกิริยา ซึ่งเพิ่มให้มีค่าสูงได้โดยการพัฒนาให้เป็นโลหะออกไซด์ผสม (mixed metal oxide) และอาจมีสารประกอบที่ 3 ช่วยให้โครงสร้างมีความแข็งแรงมากขึ้น ตัวเร่งปฏิกิริยาเชิงการค้าตัวแรกคือ Esterfip-H ซึ่ง IFP ประเทศฝรั่งเศสได้ดำเนินการสร้างโรงงานผลิตที่เมือง Sète (2006) เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะออกไซด์ผสม Zn/Al ที่มีโครงสร้าง spinel
  2. ซีโอไลต์ เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาอีกชนิดหนึ่งที่ศึกษากันมากในปฏิกิริยาทรานส์เอสเตอริฟิเคชัน  Zeolite-X, titanosilicate และ mesoporous silicates เป็น 3 ชนิดที่ได้รับความสนใจศึกษาอย่างมาก มีการศึกษาการแลกเปลี่ยนไอออนด้วย Cs และ โพแทสเซียม และการรวมโลหะออกไซด์เข้าไปใน pore cavity เพื่อเพิ่มสภาพความเป็นเบสของซีโอไลต์ โดยซีโอไลต์มีข้อด้อยจากข้อจำกัดของโครงสร้าง microporous จึงต้องหันไปศึกษาซีโอไลต์ ชนิด mesoporous เช่น MCM-41 หรือ SBA-15 มากขึ้น
  3. ตัวรองรับตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดโลหะแอลคาไลและโลหะแอลคาไลน์เอิร์ท เป็นอีกชนิดหนึ่งที่ได้รับความสนใจมาก การเลือก precursor สำหรับตัวรองรับชนิดนี้มีความสำคัญมาก  โดย precursor ฮาไลด์ มักถูกเลือกใช้เพราะมีแรงยึดเหนี่ยวกับตัวรองรับที่แข็งแรง และมีการกระจายตัวของชนิดตัวเร่งว่องไวที่ดี อย่างไรก็ตามการชะออกของโลหะที่ฝังตัวยังเป็นจุดที่ต้องแก้ไข
  4. แร่เคลย์ เช่น Calcined Mg–Al hydrotalcite ก็เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาเบสที่ได้รับความสนใจเช่นกัน จากคุณสมบัติการเร่งปฏิกิริยาที่สามารถควบคุมได้โดยการดัดแปรองค์ประกอบเชิงเคมีและจากกรรมวิธีการเตรียมตัวเร่งปฏิกิริยา สัดส่วนเชิงโมล 3/1 ของ Mg/Al ถูกเลือกใช้เพื่อให้ได้สภาพเบสสูงสุด โดย calcined hydrotalcites ส่วนมากมีความพรุนและพื้นที่ผิวในขนาดปานกลางเนื่องจากการสลายตัวระหว่างชั้น (interlayer) ของคาร์บอเนตกับน้ำ โดยในกรณีที่สารป้อนมีน้ำและกรดไขมันอิสระอยู่มาก ก็ยังคงมีความว่องไวที่ดีอยู
  5. วัสดุเบสอินทรีย์ ได้รับการศึกษาจากมุมมองในข้อดีคือ จะไม่เกิดสบู่และอิมัลชันขึ้นซึ่งเป็นปัญหาในขั้นตอนการแยก ตัวเร่งปฏิกิริยา Guanidine ได้ถูกยอมรับว่ามีความว่องไวสูงในระบบตัวเร่งปฏิกิริยาเอกพันธุ์  แต่ยังไม่ได้รับการพัฒนาในระบบวิวิธพันธุ์ การใช้เรซินพอลิเมอร์ quaternary ammonium cation-grafted ได้แสดงสมรรถนะเชิงเร่งปฏิกิริยาที่ดี แต่แสดงความเสื่อมโดยการดูดซับจากกรดไขมันอิสระ และต้องการกรรมวิธีการฟื้นฟูสภาพด้วยการล้างด้วยสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์

 

          โดยพื้นฐานแล้วตัวเร่งปฏิกิริยาเบสจะดีกว่าตัวเร่งปฏิกิริยากรดในด้านอัตราการเร่งปฏิกิริยาและประสิทธิภาพการผลิต (productivity) หากต้องการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาวิวิธพันธุ์อัตราการเกิดปฏิกิริยาก็จะลดลง และจำเป็นต้องใช้อุณหภูมิสูงและเมทานอลจำนวนมากเพื่อให้ไดประสิทธิภาพเดียวกัน ซึ่งจะทำให้กระบวนการซับซ้อนและมีราคาสูงขึ้น การใช้เมทานอลจำนวนมากส่งผลถึงการแยกเฟสกลีเซอรอลเพราะจะทำให้สภาพขั้วและความถ่วงจำเพาะของสองเฟสมีความแตกต่างกันน้อยลงเนื่องจากการละลายของเมทานอลที่มากขึ้นในเฟสทั้งสอง  แม้ว่าอาจมีแนวคิดในการทำปฏิกิริยาที่อุณหภูมิต่ำลงและใช้เมทานอลน้อยลงเพื่อแก้ปัญหานี้ แต่มุมมองในด้านข้อจำกัดของการถ่ายโอนมวลอาจเป็นขั้นตอนการควบคุมปฏิกิริยาที่ไม่อาจเอาชนะได้อยู่

          นอกจากนั้นยังต้องพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาที่ไม่เสื่อมสภาพจากน้ำและกรดไขมันอิสระ โดยที่ยังคงความว่องไวในการทำปฏิกิริยาให้มีค่าสูงอยู่

          แนวคิดการพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาแบบตัวเร่งปฏิกิริยาเดียวแต่มี 2 ฟังก์ชัน ก็ถูกนำเสนอไว้เช่นกัน ด้วยการจัดให้พื้นผิวภายนอกเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาเอสเตอริฟิเคชัน และพื้นที่ผิวภายในทำหน้าที่ทรานส์เอสเตอริฟิเคชัน แต่ก็มีงานวิจัยออกมาไม่มากนัก

 

ผม..เอง

Sections: การเรียนการสอน
License: ซีซี: แสดงที่มา-ไม่ใช้เพื่อการค้า-อนุญาตแบบเดียวกัน Cc-by-nc-sa
created: 05 December 2011 22:09 Modified: 05 December 2011 22:09 [ Report Abuse ]
ดอกไม้
People who like this: Ico24 Our Shangri-La, Ico24 ปราณี , and Ico24 ใยมะพร้าวน้องใยไหม.
People Who Like This
 
Facebook
Twitter
Google

Other Posts By This Blogger

ความเห็น

ไม่มีความเห็น

ร่วมแสดงความเห็นในหน้านี้

ชื่อ:
อีเมล:
IP แอดเดรส: 3.94.21.209
ข้อความ:  
เรียกเครื่องมือจัดการข้อความ
   
ยกเลิก หรือ