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Optimization of grafted fibrous polymer as a solid basic catalyst for biodiesel fuel production

バイオディーゼル燃料製造用繊維状グラフト重合体の最適化

植木 悠二; 佐伯 誠一; 柴田 卓弥; 保科 宏行; 笠井 昇; 瀬古 典明

Ueki, Yuji; Saiki, Seiichi; Shibata, Takuya; Hoshina, Hiroyuki; Kasai, Noboru; Seko, Noriaki

第4級アミン基を有する繊維状グラフト重合体は、高性能なバイオディーゼル燃料(BDF)製造用触媒として機能する。本研究では、効率的なBDF製造を可能とする繊維状グラフト重合体、及び、エステル交換反応条件の最適化を実施した。触媒性能は、トリグリセリド(TG)とエタノール(EtOH)とのバッチ式エステル交換反応により評価した。触媒に導入する最適アミノ基はトリメチルアミンであり、最適グラフト率は170%であった。エステル交換反応における各要素の最適条件を検討した結果、アミン基導入量は0.8mmol、反応温度は80$$^{circ}$$C、TGとEtOHの混合比率は1:200、アルコールは1-ペンタノールでることを見出した。また、本触媒は天然油脂を出発原料とするBDF製造にも適用可能であった。更に、有機酸処理、アルカリ処理、アルコール処理を順次実施することにより、失活した触媒の活性を初期値まで回復させることに成功した。

Grafted fibrous polymer with quaternary amine groups could function as a highly-efficient catalyst for biodiesel fuel (BDF) production. In this study, the optimization of grafted fibrous polymer (catalyst) and transesterification conditions for the effective BDF production was attempted through a batch-wise transesterification of triglyceride (TG) with ethanol (EtOH) in the presence of a cosolvent. Trimethylamine was the optimal quaternary amine group for the grafted fibrous catalyst. The optimal degree of grafting of the grafted fibrous catalyst was 170%. The optimal transesterification conditions were as follows: The molar quantity of quaternary amine groups, transesterification temperature, molar ratio of TG and EtOH, and primary alkyl alcohol were 0.8 mmol, 80$$^{circ}$$C, 1:200, and 1-pentanol, respectively. The grafted fibrous catalyst could be applied to BDF production using natural oils. Furthermore, the grafted fibrous catalyst could be used repeatedly after regeneration involving three sequential processes, i.e., organic acid, alkali, and alcohol treatments, without any significant loss of catalytic activity.

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