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A one-pot route to tunable sugar-derived sulfonated carbon catalysts for sustainable production of biodiesel by fatty acid esterification

油酸 催化作用 化学 生物柴油生产 生物柴油 碳化 水热碳化 有机化学 碳纤维 脂肪酸 核化学 材料科学 生物化学 吸附 复合数 复合材料
作者
Samuel Lalthazuala Rokhum,Bishwajit Changmai,Thomas J. Kress,Andrew E. H. Wheatley
出处
期刊:Renewable Energy [Elsevier]
卷期号:184: 908-919 被引量:22
标识
DOI:10.1016/j.renene.2021.12.001
摘要

Carbon-based solid acid catalysts possessing up to 1.29 mmol g−1 –SO3H active centers were synthesized from glucose via an efficient one-pot hydrothermal carbonization-sulfonation without the need for high temperatures. Catalysts combined aromatic structure with hydrophilic –OH and –COOH groups and a high density of –SO3H centers (up to a total acid density of 5.31 mmol g−1). The level of –SO3H (0.81–1.29 mmol g−1) proved synthetically tunable. The relevance of the catalyst to the production of more sustainable fuels was tested using oleic acid (a free fatty acid whose esterification can be employed as a model for biodiesel production). Optimizing catalyst and conditions (20:1 MeOH:oleic acid molar ratio, 5 wt % catalyst loading wrt oleic acid, 80 °C, 120 min) enabled oleic acid esterification to the corresponding methyl oleate (a biodiesel component) with 97.5 ± 0.4% conversion and a low 37.6 kJ mol−1 activation energy. Activity loss upon re-use of the catalyst was proved to be by de-sulfonation and could be completely reversed. Hence, re-sulfonation of spent catalyst by a one-step process again delivered a 97.4 ± 0.5% conversion of oleic acid.
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