تولید و بررسی خواص بیودیزل حاصل از روغن پسماند در حضور کاتالیست مغناطیسی باریم فریت تلقیح شده با پتاسیم هیدروکسید

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه شیمی کاربردی، دانشکده علوم پایه و شیمی، دانشگاه ارومیه، ایران

10.22078/pr.2020.4108.2862

چکیده

امروزه سوخت بیودیزل  به‌دلیل آلودگی کمتر و تجدیدپذیر بودن، جایگزینی مناسب برای سوخت دیزل شناخته شده است که عمدتاً از انواع روغن‌های گیاهی تولید می‌شود. از آنجایی‌که هزینه‌ بیودیزل تولید شده از روغن‌های خوراکی بسیار بالا است لذا روغن‌های پسماند و غیرخوراکی به‌عنوان پتانسیلی با قیمت پایین برای تولید بیودیزل ترجیح داده می‌شوند. اقدام دیگری که می‌توان برای کاهش هزینه تولید انجام داد، استفاده از کاتالیست‌های ناهمگن است. از این‌رو در این تحقیق، ابتدا بیودیزل از روغن پسماند حاصل از رستوران و با استفاده از روش تبادل استری در حضور کاتالیست مغناطیسی فریت باریم تلقیح شده با پتاسیم هیدروکسید تولید شد. کاتالیزور سنتز شده توسط طیف‌سنجی FT-IR و تکنیک VSM مورد شناسایی قرار گرفت. سپس خصوصیات مهم بیودیزل تولید شده با استاندارد  ASTMD 6751 مطابقت داده شد. پس از اطمینان از ویژگی‌های مناسب سوخت بیودیزل تولید شده، تغییر عملکرد موتور تک سیلندر M 8/1 در سرعت‌های rpm 1300 تا rpm 2000 با استفاده از ترکیبات 10%، 20% و 30% سوخت بیودیزل با گازوئیل مورد بررسی قرار گرفت. نتایج آزمون‌ها نشان داد که با افزایش سهم بیودیزل  تا 20% حجمی در ترکیب سوخت، به‌دلیل احتراق کامل، میزان توان و گشتاور موتور افزایش می‌یابد. با توجه به ارزش گرمایی پایین بیودیزل، مقدار مصرف سوخت ویژه نیز اندکی افزایش پیدا می‌کند. همچنین به‌دلیل بهبود کیفیت احتراق، انتشار آلاینده‌های CO و UHC به‌طور تقریبی تا 73% نسبت به گازوئیل کاهش می‌یابد ولی آلاینده NOx به‌دلیل فشار و دمای بالای محفظه‌ احتراق تا 32%  نسبت به سوخت دیزل افزایش می‌یابد. در مجموع نتیجه‌گیری شد که استفاده از 20% حجمی بیودیزل در ترکیب سوخت، نه تنها افت توان را همراه ندارد بلکه مصرف سوخت ویژه‌ی ترمزی را نیز کاهش می‌دهد که به لحاظ اقتصادی بسیار مهم است
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Production and Investigation of Properties of Biodiesel Produced from Used Oil Catalyzed by Barium Ferrite Loading by Potassium Hydroxide

نویسندگان [English]

  • Zahra Salimi
  • Seyed Ali Hosseini
Department of Applied Chemistry, Faculty of Basic Science and Chemistry, Urmia University, Iran
چکیده [English]

Nowadays, biodiesels are a replacement for diesel fuels because they have low pollution and they are renewable. They are usually used from vegetable oils which have high costs. The waste oils and non-edible oils are replacement for the vegetable to produce biodiesels. The catalytic biodiesel production is a route to decrease the costs.  In this research, biodiesel was produced by esterification from the used oils in restaurants in the presence of magnetic K2O/BaFe2O4. The nanomagnetic catalyst was investigated by Fourier transforms infrared (FT-IR) and vibrating sample magnetometer (VSM). Moreover, the biodiesel properties were matched with ASTM6751. The performance of a cylinder engine (M8/1) at the speeds of 1300-2000 rpm, with the Biodiesel/Gasoil ratio of 10%, 20%, and 30% was investigated. The results showed the best performance for B20% due to its complete combustion leading an increase in power and momentum of the engine. The consumption of the fuels was increased because of the low thermal heat value. The emission of CO and UHC decreased 73% rather than diesel, but the NOx emission increased 32% more compared to diesel fuels. Generally, the B20 was the optimum ratio at all tests and motor speeds. Finally, it is recommended from the aspects of economical and optimal fuel consumptions.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • nanomagnetic catalyst
  • waste oil
  • Transesterification
  • Biodiesel
  • diesel engine
  • Performance indexes
  • Pollutity of Motor
[1]. Lin L, Cunshan Zh, Vittayapadung S, Xiangqian Sh, Mingdong D (2011) pportunities and challenges for biodiesel fuel, Applied Energy 88: 1020-1031. ##

[2]. Shadidi B, Yusaf T, Alizadeh H H A, Ghobadian B (2014) Experimental investigation of the tractor engine performance using diesohol fuel, Applied Energy 114, 874–879. ##

[3]. Leung D Y C (2001) Development of a clean biodiesel fuel in Hong Kong using recycled oil, Water, Air, and Soil Pollution 130, 277–282. ##

[4]. Atabani AE, Silitonga AS, Ong HC, Mahlia TMI, Masjuki HH, Badruddin IA, Fayaz H (2013) Non-edible vegetable oils: A critical evaluation of oil extraction, fatty acid compositions, biodiesel production, characteristics, engine performance and emissions production, Renewable and Sustainable Energy Reviews 18, 211–245. ##

[5] Pinzi S, Leiva-Candia D, Lopez-Garcia I, Redel-Macias M D, Dorado M P (2014) Biofuel Bioprod, Biorefin 8. 126–143.

[6]. MagnoA, Mancaruso E, Vaglieco B (2015) Effects of a biodiesel blend on energy distribution and exhaust emissions of a small CI engine, Energy Convers Manage 96: 72-80. ##

[7]. Hasheminejad M, Tabatabaei M, Mansourpanah Y, Khatami far M, Javani A (2011) Upstream and downstream strategies to economize biodiesel, Production, Bioresource technology 102: 461-468. ##

[8]. Meher LC, Churamani CP, Arif M, Ahmed Z, Naik SN (2013) Jatropha curcas as a renewable source for bio-fuels—A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews 26: 397–407. ##

[9]. Borges M E, Diaz L (2012) Recent developments on heterogeneous catalysts for biodiesel production by oil esterification and transesterification reactions, A review, Renewable and Sustainable Energy Reviews 16, 2839-2849. ##

[10]. Xie W, Zhao L (2013) Production of biodiesel by transesterification of soybean oil using calcium supported tin oxides as heterogeneous catalysts, Energy Convers, Manage 76: 55−62. ##

[11]. Kaur N, Ali A (2014) Kinetics and reusability of Zr/CaO as heterogeneous catalyst for the ethanolysis and methanolysis of Jatropha crucas oil, Fuel Process, Technology 119: 73−184. ##

[12]. Salimi Z, Hosseini S A (2019) Study and optimization of conditions of biodiesel production from edible oils using ZnO/BiFeO3 nano magnetic catalyst, Journal of Fuel 239: 1204–1212. ##

[13]. Hu S, Guan Y, Wang Y, Han H (2011) Nanomagnetic catalyst KF/CaO-Fe3O4 for biodiesel production, Applied Energy 88: 2685-2690. ##

[14]. Zhang P, Han Q, Fan M, Jiang P () Magnetic solid base catalyst CaO/CoFe2O4 for biodiesel production: Influence of basicity and wettability of the catalyst in catalytic performance, Applied Surface Science 317: 1125–1130. ##

[15]. Panneer Selvam Vol, Vadivel K (2012) Performance and emission analysis of DI diesel engine fuelled with methyl esters of beef tallow and diesel blends, Procedia Engineering 38: 342 – 358. ##

[16]. Chattha JA, Bannikov MG, Iqbal S (2011) The performance and emissions of a direct injection diesel engine fueled with pongamia pinnata methyl esters, Energy Sources, Part A 33: 890–897. ##

[17]. Saiful Islam Md, Ahmed A S, Islam A, Abdul Aziz S, Xian L C, Mridha M (2014) Study on Emission and Performance of Diesel Engine Using Castor Biodiesel, Journal of Chemistry, Article ID 451526, 1-8. ##

[18]. Shivakumar P. Srinivasa P, Shrinivasa Rao B R (2011) Artificial Neural Network based prediction of performance and emission characteristics of a variable compression ratio CI engine using WCO as a biodiesel at different injection timings, Applied Energy 88: 2344–2354. ##

[19]. Yahya N Y, Ngadi N, Jusoh M, Halim N A A (2016) Characterization and parametric study of mesoporous calcium titanate catalyst for transesterification of waste cooking oil into biodiesel, Energy Convers Manage 129: 275–83. ##

[20]. Iranian National Standardization Organization No 14766. Naturally flavored edible oil by infusion Specifications and Test Methods, Iran: INSO; 2012. ##

[21]. Amini Niaki R, Ghazanfari A (2013) Comparison of fuel and emission properties of petro diesel and sunflower biodiesel prepared by optimized production variables Fuel 109: 384-388. ##

[22]. Abbaszadeh Maivan A, Designing, (2011) Construction and evaluation of biodiesel purification system, Tarbiat Modarres University; Tehran. ##

[23]. Chen L, Tianzhong L, Wei Z, Xiaolin C, Junfeng W (2012) Biodiesel production from algae oil high infree fatty acids by two-step catalytic conversion, Bioresource Technology 111: 208-214.

[24]. Silitonga A S, Ong H C, Mahlia T M I, Masjuki H H, Chong W T (2013) Characterization and production of Ceibapentandra biodiesel and its blends, Journal of Fuel 108: 855–858. ##

[25]. Heravi H M, Hosseini S B, Farash F, Bamoharram J B (2015) The effect of various vegetable oils on pollutant emissions of biodiesel blends with gasoil in a furnace, Thermal Science 19: 1977-1984. ##

[26]. How H G,.Masjuki H H, Kalam M A, Teoh Y H (2014) An investigation of the engine performance, emissions and combustion characteristics of coconut biodiesel in a high-pressure common-rail diesel engine, Journal of Energy 69: 749-759. ##

[27]. Kesić Ž, Lukić I, Zdujić M, Jovalekić Č, Liu H, Skala D (2015) Mechanochemical synthesis of CaO·ZnO·K2CO3 catalyst: characterization and activity for methanolysis of sunflower oil, Chemical Industry and Chemical Engineering Quarterly 21: 1–12. ##