Sustainable biodiesel synthesis from oleic acid: kinetic study with carbonized bambara nutshell catalyst

• Kefas, Haruna Mavakumba ^[2] ; Abubakar, Abdulhalim Musa ^[2] ; Aliyu, Muhammad Jimada ^[1] ; Bulus, Raymond ^[2] ; Stojchevski, Martin ^[3] ; Soomro, Suhail Ahmed ^[4]
  1. [1] Federal University of Technology

     Federal University of Technology

     Nigeria

     
  2. [2] Modibbo Adama University, Yola
  3. [3] Ss. Cyril and Methodius University in Skopje, North Macedonia
  4. [4] Mehran University of Engineering & Technology Jamshoro, Pakistan

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• Localización: Latin American Journal of Energy Research - LAJER, ISSN-e 2358-2286, Vol. 11, Nº. 2, 2024 (Ejemplar dedicado a: v. 11 n. 2 (2024)), págs. 102-118
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Síntese sustentável de biodiesel a partir de ácido oleico: estudo cinético com catalisador bambara carbonizado
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• Resumen
  • português

    O conteúdo mineral em poucas palavras bambara (BNS) pode atuar como sítios ativos para catálise, enquanto o conteúdo proteico pode ser carbonizado para produzir estruturas de suporte para o catalisador. O catalisador ácido sólido à base de carvão BNS é produzido neste estudo para produção de biodiesel (FAME), utilizando ácido oleico esterificado com metanol. O objetivo do estudo é determinar a ordem da reação executada a 50-65°C por 180 min utilizando a expressão da taxa cinética integral. Envolve também a análise das constantes de velocidade obtidas, de modo a utilizá-las para estimar a energia de ativação (�) e os fatores pré-exponenciais (�) necessários para descrever o mecanismo da reação. Os resultados mostram que a presença do grupo funcional -OH no BNS o torna um bom candidato para a produção de biodiesel. Reação e conversão mais rápidas em produto FAME (≅ 52%) ocorreram a 65°C. O modelo de primeira ordem quase descreve os dados experimentais a 60°C e R2 = 0,9850, só que possui uma interceptação, o que não é típico do modelo; embora não seja uma razão suficiente para descartá-lo. Neste estudo, o melhor modelo ajustado é o de segunda ordem na temperatura mais baixa analisada (ou seja, 50°C com constante de taxa, �ଶ = 2×105 L/mol.min), devido à taxa de reação mais rápida descrito por seu valor � mais alto de 6,973×105 L/mol.min. Entretanto, a baixa necessidade energética da taxa de primeira ordem (� = 51,63 kJ/mol), foi a razão de sua lentidão em relação à de segunda ordem � = 65,17 kJ/mol; o que explica a razão pela qual a escolha do melhor modelo pode ocorrer em ambos os sentidos, se for considerada a eficiência energética. Apesar do desempenho do ácido oleico, descrito favoravelmente pela taxa de primeira e segunda ordem, sua conversão em biodiesel é moderadamente significativa.

  • English

    Mineral content in bambara nutshell (BNS) can act as active sites for catalysis, while the protein content can be carbonized to produce support structures for the catalyst. BNS char based solid acid catalyst is produced in this study for biodiesel (FAME) production, using oleic acid esterified with methanol. The objective of the study is to determine the order of reaction ran at 50-65 for 180 min utilizing the integral kinetic rate expression. It also involves analyzing the rate constants obtained, so as to use it to estimate the activation energy () and pre-exponential factors () necessary to describe the mechanism of the reaction. Findings show that, the presence of -OH functional group in BNS makes it a good candidate for biodiesel production. Faster reaction and conversion to FAME product ( 52%) occurred at 65. The first-order model almost describes the experimental data at 60 and R2 = 0.9850, only that it has an intercept, which is not typical of the model; although not a sufficient reason to discard it. In this study, the best model fitted is second-order at the lowest temperature analyzed (i.e., 50 with rate constant, = 2 L/mol.min L/mol.min), due to faster reaction rate described by its higher value of 6.973 L/mol.min. However, the first-order rate’s low energy requirement ( 51.63 kJ/mol), was the reason for its sluggishness compared to second-order 65.17 kJ/mol; which explains the reason why the choice of the best model could go both ways, if energy efficiency is considered. Despite the performance of the oleic acid, which is favorably described by the first- and second-order rate, its conversion to biodiesel is moderately significant.