Отримання гліцерол карбонату шляхом гетерогенного каталізу для ефективної утилізації відходів виробництва біодизелю з рослинних олій

  • Е. Я. Блюм Інститут фізичної хімії ім. Л. В. Писаржевського НАН України, Україна, 03028, м. Київ, просп. Науки, 31 https://orcid.org/0009-0006-9336-4752
  • Р. Я. Блюм Інститут харчової біотехнології та геноміки НАН України, Україна, 04123, м. Київ, вул. Байди-Вишневецького, 2А https://orcid.org/0000-0003-4936-1803
  • І. Б. Бичко Інститут фізичної хімії ім. Л. В. Писаржевського НАН України, Україна, 03028, м. Київ, просп. Науки, 31 https://orcid.org/0000-0002-4164-3024
DOI: https://doi.org/10.7124/FEEO.v39.1842
Ключові слова: гліцерол, вуглекислий газ, гліцерол карбонат, гетерогенний каталіз, зелена хімія

Анотація

Мета. Встановлення можливості використання гетерогенних каталізаторів різної природи (на основі карбону (оксид графену), полімеру (PEO/PEI) та оксидних систем (Fe2O3/Al2O3, Сo3O4/Al2O3 та NiO/Al2O3)) у каталітичному перетворенні гліцеролу з карбон(IV) оксидом для ефективного використання побічних продуктів отримання біодизелю з рослинних олій. Методи. Синтез гліцерол карбонату шляхом гетерогенного каталізу, газова хроматографія, мас-спектрометрія. Результати. Показано, що взаємодія гліцеролу з карбон(IV) оксидом у присутності гетерогенних каталізаторів можлива лише за умов підвищених значень температури і тиску та за присутності дегідратуючого агенту (ацетонітрилу). Встановлено, що каталітична активність суттєво залежить від хімічної природи та стабільності матеріалів, при цьому найбільшу конверсію гліцеролу (21,9%) забезпечує каталізатор NiO/Al₂O₃, а найвищий вихід карбонатних продуктів (2,34%) досягається при використанні полімерного каталізатора PEO/PEI. Висновки. Отримані результати свідчать про перспективність використання гетерогенних каталізаторів у процесах утилізації гліцеролу та CO₂ і можуть бути основою для подальшої оптимізації складу каталізаторів і умов проведення процесу з метою підвищення селективності та виходу гліцерол карбонату як цінної речовини.

Посилання

Aresta M., Dibenedetto A., Nocito F., Ferragina C. Valorization of bio-glycerol: new catalytic materials for the synthesis of glycerol carbonate via glycerolysis of urea. Journal of Catalysis. 2009. Vol. 268. P. 106–114. https://doi.org/10.1016/j.jcat.2009.09.008.

Ayoub M., Abdullah A. Z. Critical review on the current scenario and significance of crude glycerol resulting from biodiesel industry towards more sustainable renewable energy industry. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2012. Vol. 16. P. 2671–2686. https://doi.org/10.1016/j.rser.2012.01.054.

Blume R. Y., Rakhmetov D. B., Blume Y. B. Evaluation of Ukrainian Camelina sativa germplasm productivity and analysis of its amenability for efficient biodiesel production. Industrial Crops and Products. 2022. Vol. 187B. P. 115477. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2022.115477.

Bychko I., Abakumov A., Didenko O., Chen M., Tang J., Strizhak P. Differences in the structure and functionalities of graphene oxide and reduced graphene oxide obtained from graphite with various degrees of graphitization. Journal of Physics and Chemistry of Solids. 2022. Vol. 164. P. 110614. https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2022.110614.

Checa M., Nogales-Delgado S., Montes V., Encinar J. M. Recent advances in glycerol catalytic valorization: a Review. Catalysts. 2020. Vol. 10 (11). P. 1279. https://doi.org/10.3390/ catal10111279.

Hengsbach R., Bychko I., Schwarz S., Strizhak P., Fahmi A., Sustainable bifunctional electrospun hybrid nanofibers for CO2 capture and conversion. Macromolecular Rapid Communications. 2025. Vol. 46 (14). P. e2500050. https://doi.org/10.1002/marc.202500050.

Kong P. S., Aroua M. K., Daud W. M. A. W., Lee H. V., Cognet P., Peres Y. Catalytic role of solid acid catalysts in glycerol acetylation for the production of bio-additives: a review. RSC Advances. 2016. Vol. 6. P. 68885–68905. https://doi.org/10.1039/C6RA10686B.

Lukato S., Kasozi G. N., Naziriwo B., Tebandeke E. Glycerol carbonylation with CO2 to form glycerol carbonate: A review of recent developments and challenges. Current Research in Green and Sustainable Chemistry. 2021 Vol. 4. P. 100199. https://doi.org/10.1016/j.crgsc.2021.100199.

Meylan F. D., Moreau V., Erkman S. CO2 utilization in the perspective of industrial ecology, an overview. Journal of CO2 Utilization. 2015. Vol. 12. P. 101–108. https://doi.org/10.1016/ j.jcou.2015.05.003.

Ratanapariyanuch K., Clancy J., Emami S., Cutler J., Reaney M. J. T. Physical, chemical, and lubricant properties of Brassicaceae oil. European Journal of Lipid Science and Technology. 2013. Vol. 115. P. 1005–1012. https://doi.org/10.1002/ejlt.201200422.

Sahani S., Upadhyay S. N., Sharma Y. C. Critical review on production of glycerol carbonate from byproduct glycerol through transesterification. Industrial and Engineering Chemistry Research. 2021. Vol. 60. P. 67–88. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.0c05011.

Stamenković O. S., Gautam K., Singla-Pareek S. L., Dhankher O. P., Djalović I. G., Kostić M. D., Mitrović P. M., Pareek A., Veljković V. B. Biodiesel production from camelina oil: Present status and future perspectives. Food and Energy Security. 2021. Vol. 12. P. e340. https://doi.org/10.1002/fes3.340.

Takagaki A., Iwatani K., Nishimura S., Ebitani K. Synthesis of glycerol carbonate from glycerol and dialkyl carbonates using hydrotalcite as a reusable heterogeneous base catalyst. Green Chemistry. 2010. Vol. 12. P. 578–581. https://doi.org/10.1039/ B925404H.

Vieville C., Yoo J.W., Pelet S., Mouloungui Z. Synthesis of glycerol carbonate by direct carbonatation of glycerol in supercritical CO2 in the presence of zeolites and ion exchange resins. Catalysis Letters. 1998. Vol. 56. P. 245–247. https://doi.org/10.1023/A:1019050205502.

Whang H. S., Lim J., Choi M. S., Lee J., Lee H. Heterogeneous catalysts for catalytic CO2 conversion into value-added chemicals. BMC Chemical Engineering. 2019. Vol. 1. P. 9. https://doi.org/10.1186/s42480-019-0007-7.