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

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

อ่าน: 3193
ความเห็น: 2

PSU ไบโอดีเซล 35: การเร่งปฏิกิริยาด้วยกรดวิวิธพันธุ์

การเร่งปฏิกิริยาด้วยกรดวิวิธพันธุ์

            ตัวเร่งปฏิกิริยากรดของแข็งที่หลากหลาย จะมีความแตกต่างกันในคุณสมบัติด้านต่าง ๆ คือ สภาพกรด (acidity) พื้นที่ผิว ความแข็งแรงเชิงกล เสถียรภาพความร้อน เสถียรภาพไฮโดรเทอร์มัล และค่าใช้จ่ายในการผลิต ข้อเด่นของตัวเร่งปฏิกิริยากรดวิวิธพันธุ์คือ สามารถเร่งปฏิกิริยาได้ทั้งปฏิกิริยาเอสเตอริฟิเคชันและทรานส์เอสเตอริฟิเคชันไปพร้อม ๆ กัน ดังนั้นจึงเหมาะสำหรับสารป้อนที่มีกรดไขมันอิสระสูง และตัวเร่งปฏิกิริยากรดวิวิธพันธุ์มีการกัดกร่อนที่น้อยกว่าตัวเร่งปฏิกิริยากรดเอกพันธุ์มาก แต่ข้อจำกัดของการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาวิวิธพันธุ์ก็คือ การแพร่เชิงมวลของของเหลวมาสู่พื้นผิวของแข็งที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่ค่าต่ำ ทำให้ต้องใช้สภาวะการทำปฏิกิริยาที่อุณหภูมิสูง ซึ่งช่วยเพิ่มทั้งสภาพการแพร่และลดความหนืดของของเหลวไปพร้อม ๆ กัน ดังนั้นคุณสมบัติที่สำคัญของตัวเร่งปฏิกิริยากรดวิวิธพันธุ์คือ จะต้องมีเสถียรภาพสูง มีจำนวนตำแหน่งกรดที่แรงจำนวนมาก มีขนาดพอร์ใหญ่ และมีพื้นผิวที่ไม่ชอบน้ำ ซึ่งเป็นสภาพที่เหมาะแก่การเกิดปฏิกิริยา และ ควรมีราคาที่ถูกด้วย ตัวเร่งปฏิกิริยากรดวิวิธพันธุ์อาจแบ่งเป็นกลุ่มที่น่าสนใจดังนี้

 

เรซินและเมมเบรน (Resins and membranes)

           เรซินแลกเปลี่ยนไอออนจะประกอบด้วยโคพอลิเมอร์ของ divinylbenzene, styrene และ หมู่กรดซัลโฟนิก grafted บนเบนซีน ซึ่งมี polymeric matrix แบบ cross-linked กัมมันตภาพเชิงเร่งปฏิกิริยาขึ้นอยู่กับคุณสมบัติการพองตัว (swelling) เพื่อให้สารป้อนเข้าถึงตำแหน่งกรดเพื่อการเร่งปฏิกิริยา จำนวน cross-linked ที่ต่ำจะส่งผลให้มีการพองตัวที่สูง อย่างไรก็ตาม ถึงแม้ว่าจะมีความจุการพองตัวต่ำ (low swelling capacity) ตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดนี้ก็ยังมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางพอร์ขนาดใหญ่พอที่จะให้กรดไขมันอิสระผ่านเข้าไปยังพื้นที่ผิวภายในได้

           ตัวอย่างของตัวเร่งปฏิกิริยากลุ่มนี้ได้แก่ Amberlite 15, Relite CFS, Cation exchange resin (NKC-9, 001x7, and D61), Anion/cation exchange resin, Gelular EBD 100, Macroporous (EBD 200 EBD 300) , zeolite และ ion exchange resin เป็นต้น

 

ตัวเร่งปฏิกิริยาซูเปอร์แอซิด (Superacid catalysts)

          กรดที่มีความแรงมากกว่ากรดซัลฟิวริกความเข้มข้น 100% จะถูกจัดอยู่ในจำพวกซูเปอร์แอซิด เช่น HF, BF3 และ Zirconia ซึ่งแสดงกัมมันตภาพเชิงเร่งปฏิกิริยาที่ดีและเป็นตัวรองรับที่ดีด้วย เนื่องจากมีเสถียรภาพเชิงความร้อนสูง เสถียรภายใต้สภาวะออกซิไดส์และรีดิวส์ และมีคุณลักษณะเฉพาะที่เป็นทั้งกรดและเบส (amphoteric) ตัวอย่างตัวเร่งปฏิกิริยาได้แก่ sulfated zirconia และ tungstated zirconia ซึ่งมีตำแหน่งกรดที่ว่องไวสูง

          การใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา Tungstated zirconia–alumina (WZA), sulfated tin oxide (SO4/SnO2; STO), และ sulfated zirconia–alumina (SZA) ในปฏิกิริยาทรานส์เอสเตอริฟิเคชัน และเอสเตอริฟิเคชัน มีผลการทดลองที่ได้ร้อยละการเปลี่ยนสูงกว่า 90% แต่ต้องใช้อุณหภูมิสูงในช่วง 175-250 °C ประสิทธิภาพจะลดลงเมื่อนำมาใช้ซ้ำเนื่องจากจำนวนตำแหน่งกรดที่ว่องไวลดลง เนื่องจากผลของการดูดซับสารจำพวก intermediates ที่มีสภาพขั้วสูงกว่า

 

Heteropolyacids (HPAs)

เป็นกรด BrØnsted ที่แรงสามารถใช้ได้ทั้งในระบบตัวเร่งปฏิกิริยาเอกพันธุ์และวิวิธพันธุ์ ซึ่งขึ้นอยู่กับองค์ประกอบและตัวกลางในการทำปฏิกิริยา มีเสถียรภาพเชิงความร้อน สภาพกรดสูง มีความสามารถในการออกซิไดส์สูง ในกลุ่มนี้ 12-tungstophosphoric acid (H3PW12O40) จะมีความโดดเด่นมากที่สุด

 

ของเหลวกรดไอออนิก (Acidic ionic liquid)

          Zhang et al และคณะ ได้ทดลองใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาของเหลวกรดไอออนิก, N-methyl-2-pyrrolidonium methyl sulfonate ([NMP][CH3SO3]), เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาของสารป้อนที่มีกรดไขมันอิสระสูง ซึ่งได้ร้อยละการเปลี่ยนสูงถึง 95.3% ที่ 70 °C ภายในเวลา 8 ชั่วโมง และทดลองนำมาใช้ซ้ำอีก 8 ครั้งหลังจากได้นำเอาตัวเร่งปฏิกิริยาไปขจัดน้ำออกก่อนแล้ว  พบว่าร้อยละการเปลี่ยนยังสูงกว่า 90%  นอกจากนั้น Han และคณะ ได้ทดลองใช้ของเหลวกรดไอออนิกที่มีหมู่กรดแอลคาไลน์ซัลโฟนิกเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา พบว่าปฏิกิริยาเอสเตอริฟิเคชันเกิดขึ้นเร็วกว่าปฏิกิริยาทรานส์เอสเตอริฟิเคชันหลังการตกผลึก ของเหลวไอออนิกจะสูญเสียน้ำและเกิดเป็นซัลโฟเนต โดยมีร้อยละผลได้ 93.5% เมื่อใช้น้ำมันทอดใช้แล้วเป็นสารป้อน ข้อมูลที่น่าสนใจอยู่ในตารางต่อไปนี้

 

คุณสมบัติการไม่ชอบน้ำของตัวเร่งปฏิกิริยากรดวิวิธพันธุ์ เป็นคุณสมบัติที่สำคัญชนิดหนึ่ง เช่น ตัวเร่งปฏิกิริยา Amberlyst-15 จะเร่งปฏิกิริยาไม่ดีเมื่อมีปริมาณน้ำอยู่สูง เพราะมีสมบัติการชอบน้ำ ด้วยเหตุผลนี้ Kiss และคณะ ได้พบว่าพื้นผิวของตัวเร่งปฏิกิริยาที่ไม่ชอบน้ำและปริมาณความหนาแน่นของตำแหน่งกรด จะมีบทบาทอย่างมากกับความว่องไวและสภาพการเลือกของตัวเร่งปฏิกิริยา เพราะน้ำจะเกาะติดอยู่ที่ตัวเร่งปฏิกิริยาและขัดขวางการเข้าถึงตำแหน่งเร่งปฏิกิริยาของสารเข้าทำปฏิกิริยา

 

          โดยสรุปจากความรู้และข้อมูลที่เรามีอยู่ในขณะนี้  เราจะพบว่า ตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดเรซิน จะให้กัมมันตภาพเชิงเร่งปฏิกิริยาที่ดีที่สุด โดยตัวเร่งปฏิกิริยาประเภทซูเปอร์แอซิด เช่น Tungstated และ Sulfated zirconia จะให้ร้อยละการเปลี่ยนที่สูง และอุณหภูมิการ calcination ในช่วง 500-850 °C จะมีผลต่อความว่องไวของตัวเร่งปฏิกิริยา การทดลองการดัดแปร Tungstated zirconia ให้อยู่ในรูปแบบการเป็นเม็ด จะสามารถนำไปใช้ในถังปฏิกรณ์แบบเบดนิ่งได้ดี แต่ยังมีปัญหาเรื่องการหลุดออกของ SO4-2 อยู่

 

ผม..เอง

หมวดหมู่บันทึก: การเรียนการสอน
สัญญาอนุญาต: ซีซี: แสดงที่มา-ไม่ใช้เพื่อการค้า-อนุญาตแบบเดียวกัน Cc-by-nc-sa
สร้าง: 09 ธันวาคม 2554 19:43 แก้ไข: 11 ธันวาคม 2554 12:11 [ แจ้งไม่เหมาะสม ]
ดอกไม้
สมาชิกที่ให้กำลังใจ
 
Facebook
Twitter
Google

บันทึกอื่นๆ

ความเห็น

Ico48
Aye [IP: 68.113.0.72]
11 ธันวาคม 2554 09:17
#72755

สนุก น่าสนใจค่ะ

เรื่องวิชาการนี่ไม่มีความเห็นค่ะ แต่มีคำถามว่า

.... Zhang et al นี่คือ Zhang และคณะด้วยหรือเปล่าคะอาจารย์

:)

ขอบคุณครับ อ.อ่าย รีบไปหน่อยครับ ว่าแต่กลับไปเรียบร้อยดีแล้วนะครับ

ร่วมแสดงความเห็นในหน้านี้

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