Специалисты из Санкт-Петербургского государственного университета создали инновационный магнитный катализатор, основу которого составляет оксид кальция, и предложили эффективный способ его регенерации после использования. Эта разработка может привести к появлению более выгодных и экологически безопасных способов производства биотоплива. О результатах работы было опубликовано в научном журнале Bioresource Technology Reports.
Биодизель представляет собой одно из многообещающих видов возобновляемых источников энергии, получаемый из растительных масел посредством процесса переэтерификации. Чтобы сделать производство более выгодным и экологичным, необходимо обеспечивать повторное использование катализаторов, что позволяет уменьшить издержки и количество образующихся отходов.
В реальности восстановление и повторное использование данных материалов представляет собой непростую задачу. В ходе научных исследований для разных составов применяются различные методы регенерации, что затрудняет объективную оценку эффективности этих подходов.
Ученые из Санкт‑Петербургского университета разработали новый магнитный состав на основе промышленных отходов и определили наиболее эффективный метод его восстановления в ходе экспериментальных исследований. Впервые было проведено непосредственное сравнение трех распространенных способов регенерации (фильтрации, центрифугирования и магнитного извлечения) для единого образца, полученного в одинаковых условиях производства биотоплива. Такой метод позволил установить наилучший способ подготовки материала к использованию в промышленности.
«Нам удалось решить сразу две важные задачи: мы разработали экономичный состав на основе производственных отходов и определили для него наиболее подходящий способ восстановления. Результаты наших испытаний продемонстрировали, что фильтрация под вакуумом обеспечивает наилучшее сохранение действующего вещества и высокий выход целевого продукта, в то время как магнитная сепарация оказалась наименее результативной», — отметил один из авторов исследования, доцент кафедры органической химии СПбГУ Константин Родыгин.
Новая магнитная система, созданная исследователями, базируется на оксиде кальция (CaO) и магнетите (Fe₃O₄). В качестве исходного материала для ее получения использовался карбидный шлам — недорогое и распространенное промышленное отбраковочное сырье, образующееся при производстве ацетилена. После этого авторы провели ряд экспериментов по получению биодизеля из соевого масла. При проведении всех опытов использовался один и тот же материал, однако для его регенерации применялись различные методы: магнитное отделение, центрифугирование и вакуумная фильтрация.
В конце каждого этапа исследования измеряли количество полученного конечного продукта, а также массу активного компонента, предназначенного для дальнейшего использования.
В ходе экспериментов были обнаружены значительные расхождения между применяемыми методами. Магнитное извлечение оказалось наименее продуктивным: уже к пятому циклу наблюдалось снижение активности компонента до 72%, а выход биодизеля уменьшился до 84%.
В ходе центрифугирования была отмечена умеренная эффективность. К пятому циклу в процесс возвращалось приблизительно 67% исходного материала, однако его активность уменьшалась, а доля получаемого биотоплива снижалась до 82%.
Фильтрация в вакууме показала наиболее эффективные результаты, поскольку она обеспечила оптимальное соотношение между сохранением активной фазы и устойчивостью процесса. К пятому циклу сохранялось до 81% массы рабочего состава, а выход биодизеля оставался высоким – приблизительно 90%.
По результатам дополнительного исследования выяснилось, что вне зависимости от способа выделения, активная фаза катализатора в процессе реакции преобразуется безвозвратно в другие соединения с пониженной активностью, например, в гидроксид кальция и диглицероксид кальция. Это обуславливает общее уменьшение активности, однако скорость физической потери катализатора определяется методом его отделения от реакционной смеси.
Работа была осуществлена на площадках ресурсных центров Научного парка СПбГУ.
Информация предоставлена пресс-службой СПбГУ