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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Katalysator zur Herstellung
von Biodiesel und sein Herstellungsverfahren sowie auf ein Verfahren zur
Herstellung von Biodiesel.
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Stand der Technik
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Öle/Fette
weisen, verglichen mit anderen Biomassequellen bzw. -resourcen,
einen höheren Brenn- bzw. Heizwert auf, und viele von ihnen
sind bei üblichen Temperaturen flüssig. Diese
Merkmale machen sie als Automobilkraftstoff vielversprechend; in
ihrem Grundzustand weisen sie jedoch eine hohe kinematische Viskosität
(> 30 mm2/s
(40°C)) und einen hohen Flammpunkt (> 300°C) auf, besitzen eine geringe
Cetanzahl von etwa 40 und könnten daher nicht verwendet
werden. Auf der anderen Seite weisen Fettsäureester, die
durch eine Umesterung von Öl/Fett und Alkohol erzeugbar
sind, eine geringe kinematische Viskosität (3 bis 5 mm2/s (40°C)) und einen niedrigen
Flammpunkt (um 160°C) auf, besitzen eine Cetanzahl von
50 bis 60 oder dergleichen, und ihre Eigenschaften liegen relativ
nahe bei jenen von Leichtöl, und sie sind daher spezifisch
bekannt als Kraftstoffersatz für Leichtöl. Der
Fettsäureester wird als Biodieselkraftstoff (hierin kann
dieser einfach als Biodiesel bezeichnet werden) bezeichnet, und,
verglichen mit herkömmlichem Erdöl-Dieselkraftstoff (Leichtöl)
weist dieser die folgenden Merkmale auf.
- 1)
Da von Biomasseressourcen abgeleitet, besitzt das durch die Verwendung
von Biodieselkraftstoff erzeugte Kohlendioxid keinerlei Einfluss
auf die Zunahme/Abnahme in der Menge von Kohlendioxid in der globalen
Umwelt (Kohlenstoffneutralität).
- 2) Die als Ausgangsmaterial zu verwendende Pflanze kann in Verwenderländern
erzeugt und die Abhängigkeit von Erdölquellen
kann reduziert werden.
- 3) Verglichen mit jenen aus Leichtöl kann nicht verbrennbarer
Kohlenwasserstoff in Abgasinhaltsstoffen um 93%, Kohlenmonoxid um
50%, und suspendiertes partikuläres Material um 30% verringert
werden.
- 4) Da kein Schwefelinhaltsstoff enthalten ist, beträgt
das Schwefeloxid (SOx) in dem Abgas nahezu Null.
- 5) Verglichen mit Leichtöl weist Biodieselkraftstoff einen
hohen Flammpunkt auf, und während der Verbrennung enthält
er Sauerstoff und fördert eine vollständige Verbrennung,
und daher kann die Emission von dunklem Rauch bzw. Dieselruß aus
Biodieselkraftstoff auf einen Wert von 1/3 bis 1/10 von jenem von
Leichtöl reduziert werden.
- 6) Biodieselkraftstoff kann in allen und jeden Dieselmotoren
ohne Modifizierung direkt im Grundzustand verwendet werden, und
seine Kraftstoffkosten sind äquivalent zu jenen von Leichtöl.
- 7) Da er gut bioabbaubar ist, kann Biodieselkraftstoff mit Sicherheit
bzw. sicher gehandhabt werden.
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Wie
zuvor beschrieben, wurde der Ansatz zum positiven Verwenden von
Biodieselkraftstoff mit einer Reihe mehr herausragender Merkmale
als jenen von Erdöl-Dieselkraftstoff in den letzten Jahren zunehmend
aktiviert bzw. gesteigert. Speziell in Europa und in den Vereinigten
Staaten wird die Verwendung von Biodieselkraftstoff popularisiert
bzw. populär gemacht, und ein gemischter Kraftstoff hiervon
mit Leichtöl wird nun weithin verwendet.
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Einige
Verfahren der industriellen Herstellung von Biodiesel aus Öl/Fett
wurden entwickelt; und im Moment wird hauptsächlich ein
Alkalikatalysatorverfahren unter Verwendung eines homogenen Katalysators
von Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid oder dergleichen verwendet.
Gemäß dem Alkalikatalysatorverfahren kann die
Reaktion unter einer relativ milden Temperatur-/Druckbedingung ausgeführt
werden; das Verfahren weist jedoch einige Probleme dahingehend auf,
dass es einen Schritt des Trennens und Entfernens des Alkalikatalysators,
der in dem Biodieselkraftstoff gelöst ist, auf der Stufe
der Reinigung erfordert, dass die freie Fettsäure in dem
Ausgangsöl/-fett mit dem Alkalikatalysator unter Bildung von
Seife reagiert, dass der Katalysator schwierig zu recyceln ist,
und dass Wasser in dem Ausgangsöl/-fett die Katalysatorfunktion
verringert; und zusätzlich beinhaltet das Verfahren eine Reihe
von Risikofaktoren bei der Herstellung, eine Kostenzunahme und eine
Zunahme der Umweltbelastung. Kürzlich wurden als Biodieselherstellungsverfahren
ohne das Erfordernis eines komplizierten Katalysatorabtrennungsschritts
und ohne Bildung von Nebenprodukten neue Verfahren untersucht, wie
ein Säurekatalysatorverfahren, ein Lipaseenzymverfahren,
ein superkritisches Methanolverfahren, ein Metalloxidverfahren, ein
Festkatalysatorverfahren und dergleichen (Nichtpatentreferenz 1).
Diese Verfahren weisen jedoch immer noch einige Probleme dahingehend
auf, dass eine hohe Temperatur/ein hoher Druck erforderlich, die
Katalysatorregeneration schwierig, der Katalysator teuer, die Katalysatoraktivität
niedrig, die Reaktionsgeschwindigkeit langsam, sowie eine Steuerung der
Alkoholzugabemenge unverzichtbar ist; und daher kann gesagt werden,
dass diese Verfahren für die industrielle Verwendung nicht
vorteilhaft sind.
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Als
Biodieselherstellungsverfahren wurde auch die Verwendung eines festen
basischen Katalysators erprobt, und als ein derartiger fester basischer Katalysator
wurde ein Anionenaustauschharz mit einer Amin- bzw. Aminogruppe
vorgeschlagen (Patentreferenz 1). Entsprechend dem Verfahren unter
Verwendung eines derartigen Anionenaustauschharzes löst
sich der Katalysator nicht in dem Reaktionssystem, und daher kann
auf einen Schritt zur Abtrennung des Katalysators verzichtet werden;
bei dem Verfahren wird jedoch die Umesterung in Anwesenheit einer großen Überschussmenge
Alkohol ausgeführt, zu einem derartigen Grad, dass die
Triglyceridkonzentration in dem Reaktionssystem von 0,1 bis 3 Gew.-% oder
dergleichen reicht, und daher weist das Verfahren einige Probleme dahingehend
auf, dass die Katalysatoraktivität extrem niedrig und die
Biodieselausbeute bzw. Produktivität niedrig ist, und das
Verfahren ist nicht praktikabel. Yonemoto et al. haben
als Modifikationstechnik gegenüber Patentreferenz 1 ein Biodieselherstellungsverfahren
unter Verwendung eines porösen Anionenaustauscherharzes
als Katalysator vorgeschlagen (Patentreferenz 2, Nichtpatentreferenz
2). Entsprechend dem Verfahren unter Verwendung eines porösen
Anionenaustauscherharzes geben sie an, dass die Triglyceridkonzentration
wünschenswerterweise von 38,9 bis 95,0 Gew.-% (molares
Verhältnis von Öl/Fett zu Alkohol = 1/30 bis 1/1) beträgt,
so dass es sich um eine hochkonzentrierte Lösung handelt,
im Gegensatz zu der wünschenswerten Tatsache, dass die
Triglyceridkonzentration in dem Reaktionssystem von 0,1 bis 3% beträgt,
so dass es sich um eine verdünnte Lösung handelt,
wie explizit in Patentreferenz 1 erwähnt; und zusätzlich, da
keine Hydroxylgruppe in der Reaktionslösung vorliegt, wird
daher keine Verseifung bewirkt, und entsprechend wird die Bildung
von Nebenprodukten und die Reduzierung einer Katalysatoraktivität
hiermit verhindert. Für den Fall jedoch, dass ein poröses
Anionenaustauscherharz als Katalysator verwendet wird, ist die Probendiffusion
in die Poren des Katalysators ratenlimitierend, da der Katalysator
aufgrund der Struktur des Katalysators einen Reaktionsort bzw. eine
Reaktionsstelle innerhalb seiner Poren aufweist. Entsprechend ist
die Reaktionsgeschwindigkeit langsam; und sogar in den durch Yonemoto
et al. vorgeschlagenen Verfahren beträgt die Umesterung 3
Stunden oder mehr, und daher ist eine weitere Verbesserung eines
Katalysators ein dringendes Bedürfnis für die
Industrialisierung der Biodieselherstellung und für die
Massenproduktion von Biodiesel in Großmaßstab.
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Auf
der anderen Seite haben die Erfinder der vorliegenden Anmeldung über
ein Pfropfpolymer als Ionenaustauscher berichtet, das eine hohe
Reaktionsgeschwindigkeit sicherstellt und hiermit eine Hochgeschwindigkeitsverarbeitung
ermöglicht (Patentreferenz 3). Das Pfropfpolymer kann über
eine direkte Einführung einer Polymerkette (Pfropfkette)
in die Oberfläche eines Polymersubstrats entsprechend bzw.
auf Grundlage eines Strahlungs-Pfropfpolymersationsverfahrens unter
Verwendung einer strahlungsunterstützten Polymerverarbeitungstechnik
erfolgen. Bei dem Strahlungs-Pfropfpolymerisationsverfahren wird
eine aus Strahlung abgeleitete hohe Energie bzw. Energie mit hohem
Wert verwendet; und daher weist das Verfahren wenige Beschränkungen
auf den Aspekt der Polymerherstellung auf, und Pfropfpolymere unterschiedlicher
Formen, wie beispielsweise Fasern, verwobene Gewebe, nicht verwobene
Gewebe, flache Membranen, Filme und dergleichen können
einfach hergestellt werden. Speziell kann ein Pfropfpolymer mit
einem Substrat aus einem faserförmigen Polymer mit einer
großen spezifischen Oberfläche und mit einer hohen
Kontakteffizienz eine Metalladsorptionsgeschwindigkeit höher
als das 10- bis 100-fache oder dergleichen als jener von herkömmlichen
granulären bzw. kornförmigen Harzen aufweisen
und in einer vereinfachten Weise gehandhabt werden (Nichtpatentreferenz
3). Das Pfropfpolymer mit derartigen herausragenden Eigenschaften
wird zum Sammeln und zur Entfernung von Spurenmetallelementen verwendet,
wie sie im Umweltwässern wie Flusswasser, Seewasser bzw. Meerwasser
etc. auftreten.
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Die
Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben die Technik weiterentwickelt
und haben herausgefunden, dass ein Polymer, welches durch Einführen
einer Aminogruppe und einer quaternären Ammoniumgruppe
in die Pfropfkette des zuvor erwähnten Pfropfpolymers hergestellt
wurde, eine sehr herausragende katalytische Fähigkeit bei
der Herstellung von Biodiesel durch eine Umesterung von Öl/Fett
und Alkohol aufeist. Bisher wies ein herkömmlicher Katalysator
zur Verwendung bei der Herstellung von Biodiesel im allgemeinen
ein granuläres Harz als Träger mit einer Aminogruppe
und einer quaternären Ammoniumgruppe, die hierin eingeführt wurden,
auf; jedoch haben die Erfinder der vorliegenden Anmeldung ausführlich
das zuvor erwähnte Pfropfpolymer studiert und im Ergebnis
herausgefunden, dass, wenn das Pfropfpolymer als Katalysator verwendet
wird, die Reaktionsrate der Umesterung von Öl/Fett und
Alkohol erhöht wird, und sind zur vorliegenden Erfindung
gelangt. Die Pfropfpolymertechnologie, welche die Erfinder der vorliegenden
Anmeldung zuvor als Technik in Bezug auf einen Metalladsorbenten
berichtet haben, unterscheidet sich in seinem technischen Gebiet
beträchtlich von dem technischen Gebiet der Biodieselherstellung;
und daher wäre der Fachmann auf Basis der zuvor erwähnten Pfropfpolymertechnologie
nicht zur vorliegenden Erfindung gelangt.
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Biodiesel
wird durch eine Umesterung einer unpolaren Flüssigkeit, Öl/Fett,
und einer polaren Flüssigkeit, Alkohol, hergestellt; und
die zwei Recktanten werden im allgemeinen nicht in dem Reaktionssystem
gemischt, sondern liegen getrennt in zwei Phasen vor. Entsprechend
erfolgt die Umesterung nur in der Flüssig/Flüssig-Kontaktgrenzfläche,
und im Ergebnis ist die Reaktionsgeschwindigkeit langsam und die
Reaktion ist nicht geeignet zur effizienten Produktion von Biodiesel.
Um das Problem bezüglich der Reaktionsgeschwindigkeit bei
der Biodieselherstellung zu lösen, wurden ein effizientes
Rührverfahren und eine Rührkammer zur Herstellung
von feinen Flüssigkeitströpfchen entwickelt, und
andere neue Techniken der Umesterung in einer homogenen Phase unter
Verwendung eines Hilfslösungsmittels und des gebildeten
Biodiesels (Patentreferenzen 4 bis 6) wurden untersucht und als
Verfahren zur Vergrößerung der Kontaktgrenzfläche
zwischen Öl/Fett und Alkohol, um hierdurch die Reaktionseffizienz
zu erhöhen, entwickelt, zusätzlich zur Entwicklung
und Verwendung neuer Ionenaustauscher. Bei der Entwicklung eines
neuen Rührsystems und einer Rührkammer erfordert
die Bildung feiner Flüssigkeitströpfchen jedoch
eine Technik auf hohem Niveau, und herkömmliche Verfahren
könnten nicht verwendet werden, und daher ist dies im Hinblick
auf den technischen Aspekt und den Kostenaspekt problematisch. Andererseits
erfordert die Umesterung in einer homogenen Phase unter Verwendung
eines Hilfslösungsmittels keinerlei kompliziertes Rührverfahren, da
das Reaktionssystem in einer homogenen Phase verwendet werden könnte,
und eine ausreichend hohe Reaktionsgeschwindigkeit könnte
auch bei einer langsamen Rührgeschwindigkeit erhalten werden;
jedoch muss das Hilfslösungsmittel nach der Reaktion abgetrennt
und aus dem Produkt entfernt werden, und eine zusätzliche
Vorrichtung zur Entfernung des Hilfslösungsmittels ist
erforderlich, was zu einer Erhöhung der Kosten führt.
- [Patentreferenz 1] JP-B
6-006718 .
- [Patentreferenz 2] JP-A
2006-104316 .
- [Patentreferenz 3] JP-A
2005-344047 .
- [Patentreferenz 4] Kanadisches
Patent 2,131,654 .
- [Patentreferenz 5] JP-T
2003-507495 .
- [Patentreferenz 6] JP-T
2006-524267 .
- [Nichtpatentreferenz 1] Shiro Saka, Eiji Minami, Hideki
Fukuda; A to Z of Biodiesel, IPC, 82–134, 2006.
- [Nichtpatentreferenz 2] N. Shibasaki-Kitakawa, H. Honda,
H. Kuribayashi, T. Toda, T. Fukumura, T. Yonemoto, Biodiesel production
using anionic ion-exchange resin as heterogeneous catalyst, Bioresour. Technol.,
98, 416–421, 2007.
- [Nichtpatentreferenz 3] S. Aoki, K. Saito, A. Jyo, A. Katakai,
T. Sugo, Phosphoric Acid Fiber for Extremely Rapid Elimination of
Heavy Metal Ions from Water, Anal. Sci., 17 Suppl., 1205–208,
2001.
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Offenbarung der Erfindung
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Probleme,
die durch die Erfindung gelöst werden sollen Die vorliegende
Erfindung wurde unter Berücksichtigung der zuvor erwähnten
Situation gemacht, und ihr Ziel ist es, einen Katalysator zur Biodieselherstellung
bereitzustellen, mit welchem eine große Menge Biodiesel
effizient bei geringen Kosten in einer kurzen Zeit hergestellt werden
kann, sein Herstellungsverfahren, sowie ein Verfahren zur Herstellung
eines Biodiesels.
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Mittel zur Lösung
der Probleme
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Die
vorliegende Erfindung zeichnet sich durch die nachfolgenden Merkmale
zur Lösung der zuvor erwähnten Probleme aus.
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Zunächst
wird ein faserförmiger Katalysator zur Herstellung von
Biodiesel durch Umesterung von Öl/Fett und Alkohol bereitgestellt,
wobei eine Pfropfkette in ein Polymerfasersubstrat über
Pfropfpolymerisation eingeführt wird, und die Pfropfkette
weist eine oder mehrere funktionelle Gruppen, die aus Aminogruppen
und quaternären Ammoniumgruppen ausgewählt sind,
und ein Hydroxidion auf.
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Zweitens
ist das Polymerfasersubstrat in der zuvor erwähnten ersten
Erfindung ein garnförmiges bzw. faserförmiges
oder ein Faseraggregat in Form eines verwobenen Gewebes, eines nicht
verwobenen Gewebes oder eine Hohlgarn bzw. -fasermembran.
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Drittens
beträgt der mittlere Faserdurchmesser des Polymerfasersubstrats
in der zuvor erwähnten ersten oder zweiten Erfindung 1 μm
bis 50 μm.
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Viertens
wird ein Verfahren zur Herstellung des Katalysators zur Biodieselproduktion
einer beliebigen der zuvor erwähnten ersten bis dritten
[Erfindung] bereitgestellt, welches den Schritt des Aktivierens
des Polymerfasersubstrats, einen Schritt des Kontaktierens des aktivierten
Polymerfasersubstrats mit einer Lösung, die ein aktives
Monomer enthält, um hierdurch das Polymerfasersubstrat
mit einem reaktiven Monomer zu pfropfpolymerisieren, einen Schritt
der Einführung einer oder mehrerer funktioneller Gruppen,
die aus Aminogruppen und quaternären Ammoniumgruppen ausgewählt
sind, in die Pfropfkette des pfropfpolymerisierten Polymerfasersubstrats,
und einen Schritt des Alkaliverarbeitens bzw. -umsetzens des pfropfpolymerisierten
Polymerfasersubstrats auf.
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Fünftens
wird ein Verfahren zur Herstellung des Katalysators zur Biodieselherstellung
einer der zuvor erwähnten ersten bis dritten Erfindung
bereitgestellt, welches einen Schritt des Aktivierens eines Polymerfasersubstrats,
einen Schritt des Kontaktierens des aktivierten Polymerfasersubstrats
mit einer Lösung, die ein aktives Monomer enthält,
das eine oder mehrere funktionelle Gruppen aufweist, die aus Aminogruppen
und quaternären Gruppen Ammoniumgruppen ausgewählt
sind, um hierdurch das Polymerfasersubstrat mit dem reaktiven Monomer
zu pfropfpolymerisieren, und einen Schritt des Alkaliverarbeitens
des pfropfpolymersisierten Polymerfasersubstrats aufweist.
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Sechstens
wird ein Verfahren zur Herstellung eines Biodiesels bereitgestellt,
welches das Kontaktieren von Öl/Fett und Alkohol mit dem
Biodiesel-Herstellungskatalysator der zuvor erwähnten ersten
oder zweiten Erfindung bereitgestellt, um hierdurch einen Biodiesel
durch Umesterung von Öl/Fett und Alkohol herzustellen.
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Siebtens
stellt in der zuvor erwähnten sechsten Erfindung das Öl/Fett
jedes beliebige natürliche Öl/Fett, synthetische Öl/Fett,
Monoglycerid, Diglycerid, synthetische Triglycerid, ihre Modifikationen
oder Abfall-Öl/Fett mit jedem von diesen dar.
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Achtens
beinhaltet der Alkohol in der zuvor erwähnten sechsten
oder siebten Erfindung einen oder mehrere gemischte Alkohole, die
aus linearen oder verzweigten Alkoholen ausgewählt sind,
welche 1 bis 18 Kohlenstoffatome aufweisen.
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Neuntens
fällt in jeder beliebigen der zuvor erwähnten
sechsten bis achten Erfindung die Temperatur in einen Bereich von
10°C bis 100°C.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 Diese
zeigt eine Alkaliverarbeitung von Pfropfpolymeren mit einer Aminogruppe
oder einer quaternären Ammoniumgruppe, die hierin eingeführt
sind.
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2 Diese
zeigt den Grad einer Pfropfung in Bezug auf die Strahlungsdosis
als ein Ergebnis des Verifikationsexperiments in Beispiel 1.
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3 Diese
ist ein Chromatogramm nach einer Umesterung bei unterschiedlichen
Reaktionszeiten als ein Ergebnis des Verifikationsexperiments in Beispiel
2.
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4 Diese
zeigt eine Reaktionsrate von Triglycerid relativ zur Art des Katalysators
als ein Ergebnis des Verifikationsexperiments in Beispiel 2.
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5 Diese
zeigt eine Reaktionsrate von Triglycerid relativ zur Umesterungstemperatur
als ein Ergebnis des Verifikationsexperiments in Beispiel 3.
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6 Diese
ist ein Chromatogramm nach einer Umesterung in unterschiedlichen
Fällen unter Verwendung unterschiedlicher Alkohole als
ein Ergebnis des Verifikationsexperiments in Beispiel 4.
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7 Diese
ist ein Chromatogramm nach einer Umesterung im Fall der Verwendung
von Rapsöl als Ergebnis des Verifikationsexperiments in
Beispiel 5.
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8 Diese
ist ein Chromatogramm nach einer Umesterung im Fall der Verwendung
von Palmöl als ein Ergebnis des Verifikationsexperiments
in Beispiel 5.
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9 Diese
zeigt eine Reaktionsrate von Triglycerid relativ zu unterschiedlichen
Katalysatoren bei einer Zweiphasentrennungsbedingung als ein Ergebnis
des Verifikationsexperiments in Beispiel 6.
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10 Diese
beinhaltet fotografische Abbildungen, die das Beobachtungsergebnis
nach 24 Stunden nach einer Umesterung bei einer Zweiphasentrennungsbedingung
zeigen, als ein Ergebnis des Verifikationsexperiments in Beispiel
6.
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Beste Art zur Ausführung
der Erfindung
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Die
Erfindung zeichnet sich durch obige Merkmale aus, und die beste
Art zur Ausführung der Erfindung wird nachfolgend beschrieben.
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In
der Erfindung weist der faserförmige Katalysator, der bei
der Herstellung von Biodiesel durch Umesterung von Öl/Fett
und Alkohol verwendet wird, ein Pfropfpolymer aus einem Polymerfasersubstrat mit
einer Pfropfkette, die hierin eingeführt ist, auf, wobei
die Pfropfkette eine oder mehrere funktionelle Gruppen, die aus
primären Aminogruppen, sekundären Aminogruppen,
tertiären Aminogruppen und quaternären Ammoniumgruppen
ausgewählt sind, und ein Hydroxidion aufweist.
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Als
Polymerfasersubstrat werden Polymerfasern, beispielsweise Polyolefinfasern
aus Polyethylen, Polypropylen oder dergleichen oder natürliche Polymerfasern
aus Chitin, Chitosan, Cellulose, Stärke oder dergleichen
verwendet; und sie werden als faserförmige oder Faseraggregate
verwobener Fasern, nichtverwobener Fasern oder Hohlgarnmembranen
bzw. Hohlfasermembranen verwendet. Der mittlere Faserdurchmesser
der Polymerfasern kann 1 μm bis 50 μm betragen,
vorzugsweise 2 μm bis 30 μm.
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Als
Biodieselherstellungskatalysator war zuvor die Verwendung eines
granulären porösen Anionenaustauscherharzes bekannt;
jedoch wird in der Erfindung ein faserförmiges Polymer
mit einer großen spezifischen Oberfläche und mit
einer hohen Kontakteffizienz als Substrat verwendet, und daher kann
der Katalysator, verglichen mit herkömmlichen Katalysatoren,
dahingehend wirken, dass er Biodiesel effizienter in einer kürzeren
Zeit bildet. Darüberhinaus kann Biodiesel in einer Niedrigtemperaturbedingung,
beispielsweise bei einer Reaktionstemperatur von 10°C bis
100°C, speziell unter einer Bedingung von 20°C
bis 50°C effizient hergestellt werden, und daher können
die Biodieselherstellungskosten reduziert werden.
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Ein
Verfahren zur Herstellung eines Biodieselherstellungskatalysators
und ein Verfahren zur Verwendung des Katalysators zur Herstellung
von Biodiesel sind im Detail hierin beschrieben.
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[1] Verfahren zur Herstellung eines Biodiesel-Herstellungskatalysators:
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Das
Verfahren zur Herstellung eines Biodiesel-Herstellungskatalysators
beinhaltet die folgenden zwei [Schritte]. Speziell beinhaltet das
erste Verfahren einen Schritt des Aktivierens eines Polymerfasersubstrats
(Polymerfasersubstrat-Aktivierungsschritt), einen Schritt des Kontaktierens
des aktivierten Polymerfasersubstrats mit einer Lösung,
die ein aktives Monomer enthält, um hierdurch das Polymerfasersubstrat
mit dem reaktiven Monomer zu pfropfpolymerisieren (Pfropfpolymerisationsschritt),
einen Schritt der Einführung einer oder mehrerer funktioneller
Gruppen, die aus primären Aminogruppen, sekundären
Aminogruppen, tertiären Aminogruppen und quaternären
Ammoniumgruppen ausgewählt sind, in die durch die Pfropfpolymerisation
gebildete Pfropfkette (Einführungsschritt für
funktionelle Gruppen), und einen Schritt der Alkalverarbeitung bzw. -umsetzung
des pfropfpolymerisierten Polymerfasersubstrats (Alakaliverarbeitungsschritt).
Das zweite Verfahren beinhaltet einen Schritt des Aktivierens eines
Polymerfasersubstrats (Polymerfasersubstrat-Aktivierungsschritt),
einen Schritt des Kontaktierens des aktivierten Polymerfasersubstrats
mit einer Lösung, die ein aktives Monomer mit einer oder
mit mehreren funktionellen Gruppen enthält, die aus primären
Aminogruppen, sekundären Aminogruppen, tertiären
Aminogruppen und quaternären Ammoniumgruppen ausgewählt
sind, um hierdurch das Polymerfasersubstrat mit dem reaktiven Monomer
zu pfropfpolymerisieren (Pfropfpolymerisationsschritt) und einen
Schritt der Alkaliverarbeitung des pfropfpolymerisierten Polymerfasersubstrats
(Alkaliverarbeitungsschritt).
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[1-1] Polymerfasersubstrat:
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Das
Material, das das Polymerfasermaterial darstellt, ist nicht speziell
definiert, und, wie zuvor beschrieben, beinhalten Beispiele Polyolefinfasern
von Polyethylen, Polypropylen oder dergleichen und natürliche
Polymerfasern aus Chitin, Chitosan, Cellulose, Stärke oder
dergleichen. Die Formen des Polymerfasersubstrats kann eine beliebige
aus Faseraggregaten von verwobenen Fasern, nichtverwobenen Fasern
oder Hohlgarn bzw. -fasermembranen darstellen oder garnförmige
bzw. faserförmige. Der mittlere Faserdurchmesser der Polymerfasern
kann von 1 μm bis 50 μm, vorzugsweise von 2 μm
bis 30 μm betragen.
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[1-2] Reaktives Monomer:
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Das
reaktive Monomer ist ein reaktives Monomer mit einer Vinylgruppe;
und eine oder mehrere unterschiedliche Arten von Monomeren können
zur Verwendung hierin gemischt werden. Für den Fall, dass
eine Monomermischung verwendet wird, ist das Konzentrationsverhältnis
der Monomere nicht spezifisch definiert und kann in jeder gewünschten
Weise bestimmt werden.
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Das
Monomer mit einer Vinylgruppe ist nicht speziell definiert, und
beinhaltet, beispielsweise, Chlormethylstyrol (CMS), Glycidylmethacrylat
etc.
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Als
das reaktive Monomer mit einer Vinylgruppe sind ebenso Vinylmonomere
verwendbar, die bereits eine oder mehrere funktionelle Gruppe aufweisen,
die aus primären Aminogruppen, sekundären Aminogruppen,
tertiären Aminogruppen und quaternären Ammoniumgruppen
ausgewählt sind. Beispiele beinhalten Allylamin, N-Methylallylamin, N,N-Dimethylallylamin,
Acrylamid, N-Isopropylacrylamid, N,N-Dimethylacrylamid, (3-Acrylamidopropyl) trimethylammoniumchlorid,
[3-(Methacryloylamino)propyl]trimethylammoniumchlorid, Vinylanilin, N,N-Dimethylvinylbenzylamin,
(Vinylbenzyl)trimethylammoniumchlorid, etc.
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[1-3] Reaktive Monomere enthaltende Lösung:
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In
dieser Ausführungsform sind zwei Arten von Reaktionslösungen
als Lösung, die ein reaktives Monomer enthält,
verwendbar, eine Emulsions-Reaktionslösung und eine Nichtemulsions-Reaktionslösung.
Unter dem Gesichtspunkt der Erhöhung des Pfropfverhältnisses
in dem Polymerfasersubstrat ist die Verwendung der Emulsions-Reaktionslösung
bevorzugt.
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Die
Emulsions-Reaktionslösung weist ein reaktives Monomer,
ein Tensid und Wasser auf, und dieses stellt ein System dar, in
dem die Flüssigkeitströpfchen des reaktiven Monomers,
welche im Wasser unlöslich sind, in dem wasserbasierten
Lösungsmittel dispergiert sind. Die Größe
der Tröpfchen der reaktiven Monomerflüssigkeit
ist nicht spezifisch definiert und, beinhaltet Mikroemulsionen in
einer Größe von wenigen μm bis zu wenigen
10 μm oder dergleichen und Nanoemulsionen in einer Größe
von wenigen nm bis zu wenigen 10 nm. Entsprechend, soweit eine reaktive
Monomerflüssigkeit, die im Wasser unlöslich ist,
und ein wasserbasiertes Lösungsmittel hierin existieren,
fällt das System unter das Konzept der Emulsionsreaktionslösung,
wobei die es bildenden Inhaltsstoffe auf Grundlage der Zugabe eines
Tensids, um die Oberflächenspannung zwischen Wasser/Öl
zu reduzieren, offensichtlich bzw. scheinbar uniform gemischt sind.
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Als
Tensid kann jedes beliebige, wie es allgemein im Stand der Technik
verwendet wird, geeignet ausgewählt und hierin verwendet
werden, darunter anionische Tenside, kationische Tenside, ampholytische
Tenside, nichtionische Tenside etc. Eine oder mehrere unterschiedliche
Arten von Tensiden können verwendet und auch kombiniert
werden. Wenngleich nicht spezifisch definiert beinhalten die anionischen
Tenside alkylbenzolartige, alkoholartige, olefinartige, phosphatartige,
amidartige Tenside etc. Beispielsweise wird Natriumdodecylbenzolsulfonat erwähnt.
Ebenso nicht spezifisch definiert, beinhalten die kationischen Tenside
Octadecylamin-Acetat, Trimethylammoniumchlorid, etc. Nicht spezifisch
definiert beinhalten die nichtionischen Tenside ethoxylierte Fettalkohole,
Fettsäureester etc. Beispielsweise sei Polyoxyethylen (20)
Sorbitan-Monolaurat (Tween 20) erwähnt. Nicht spezifisch
definiert, beinhalten die ampholytischen Tenside beispielsweise Amphitol® (Kao).
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Die
Konzentration des zu verwendenden Tensids ist nicht speziell definiert
und kann in Abhängigkeit von der Art und der Konzentration
des reaktiven Monomers geeignet ausgewählt werden. Die Konzentration
des Tensids reicht vorzugsweise von 0,1 bis 10 Gew.-% auf Grundlage
des Gesamtgewichts des Lösungsmittels.
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Die
Verwendung des Tensids fördert die Dispersion des reaktiven
Monomers, welches in Wasser nicht löslich ist, in dem wasserbasierten
Lösungsmittel. Das äußere Erscheinungsbild
wechselt veränderlich in Abhängigkeit von der
Größe der Flüssigkeitströpfchen
der dispergierten Phase; jedoch erscheint es im allgemeinen milchig
und opak und kann mit der Abnahme in der Größe
der Flüssigkeitströpfchen von einer Mikroemulsion
zu einer Nanoemulsion transparent werden.
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Nicht
spezifisch definiert, kann Wasser zur Verwendung hierin destilliertes
Wasser, innenausgetauschtes bzw. entionisiertes Wasser, reines Wasser, ultrareines
Wasser sein. Die Verwendung von Wasser löst das Problem
der Abfallbehandlung und folgt dem Umweltschutz.
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Die
Nichtemulsions-Reaktionslösung beinhaltet ein reaktives
Monomer und ein organisches Lösungsmittel. Nicht spezifisch
definiert beinhaltet das organische Lösungsmittel beispielsweise
Alkohole wie Methanol und gemischte Lösungsmittel aus Alkohol
und Wasser etc.
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[1-4] Aktivierungsschritt des Polymerfasersubstrats:
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”Aktivierung” in
dieser Beschreibung bezeichnet einen Schritt der Bildung eines aktiven
Reaktionspunkts zur Pfropfpolymerisation eines Polymerfasersubstrats
mit einem reaktiven Monomer. Das Polymerfasersubstrat, das in diesem
Schritt aktiviert wird, wird mit einer Lösung kontaktiert,
die ein reaktives Monomer enthält, wodurch das reaktive Monomer
auf die Hauptkette des Polymerfasersubstrats in dem nächsten
Pfropfpolymerisationsschritt pfropfpolymerisiert wird. Während
der Bildung des aktiven Reaktionspunkts kann das Substrat beschädigt
werden, da die Substratmoleküle geschnitten bzw. gespalten
werden können; aber bei der Pfropfpolymerisation in einem
wasserbasierten Lösungsmittel im Emulsionszustand oder
in einem organischen Lösungsmittel kann in dem nächsten
Schritt die zur Aktivierung notwendige Strahlungsdosis reduziert
werden, und es kann verhindert werden, dass das Polymerfasersubstrat
beschädigt wird.
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Das
Polymerfasersubstrat kann wie folgt aktiviert werden: Das Polymerfasersubstrat
wird vorab mit Stickstoff gespült und mit Strahlungen in
einer Stickstoffatmosphäre bei Raumtemperatur oder unter
Kühlung mit Trockeneis oder dergleichen bestrahlt. Die
zu verwendenden Strahlungen können Elektronenstrahlen oder γ-Strahlen
sein; und die Strahlungsdosis kann geeignet ausgewählt
werden, unter der Bedingung, dass die Dosis zur Bildung des aktiven
Reaktionspunkts ausreichend ist. Beispielsweise kann die Dosis 1
bis 200 kGy oder dergleichen, vorzugsweise 20 bis 100 kGy betragen.
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[1-5] Pfropfpolymerisationsschritt:
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Das
in dem Polymerfasersubstrat-Aktivierungsschritt aktivierte Polymerfasersubstrat
wird mit einer Lösung eines reaktiven Monomers kontaktiert, wodurch
das Polymerfasersubstrat mit dem reaktiven Monomer pfropfpolymerisiert
wird. In diesem Schritt wird ein Pfropfpolymer gebildet, bei dem
eine Pfropfkette aus dem reaktiven Monomer in die Hauptkette des
Polymerfasersubstrats eingeführt wird.
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Die
Pfropfpolymerisation kann in einer Stickstoffatmosphäre
bewirkt werden; aber die Sauerstoffkonzentration in der Atmosphäre
ist vorzugsweise geringer, um ein hohes Pfropfverhältnis
sicherzustellen. ”Pfropfverhältnis”,
wie hierin verwendet, soll die Zunahme in dem Gewicht (%) des reaktiven
Monomers, das auf das Polymersubstrat pfropft, bezeichnen. Die Reaktionstemperatur
hängt von der Reaktivität des reaktiven Monomers
ab, reicht jedoch typischerweise von 10 bis 60°C, vorzugsweise
von 30 bis 60°C. Die Reaktionszeit fällt in einen
Bereich von 5 Minuten bis 6 Stunden, vorzugsweise von 10 Minuten bis
4 Stunden, und kann in Abhängigkeit von der Reaktionstemperatur
und dem gewünschten Pfropfverhältnis bestimmt
werden. Die Monomerkonzentration kann im allgemeinen 0,1 bis 30
Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 10 Gew.-% betragen; jedoch kann es sich hierbei,
zusammen mit der Reaktionsgeschwindigkeit und der Reaktionszeit,
auch um einen Faktor zur Bestimmung der Reaktionsrate handeln, und
sie kann daher geeignet bestimmt werden.
-
In
diesem Schritt kann, wenn ein reaktives Monomer verwendet wird,
das bereits als funktionelle Gruppe beliebige Aminogruppen, sekundäre
Aminogruppen, tertiäre Aminogruppen oder quaternäre Ammoniumgruppen
enthält, der Schritt des Einführens einer funktionellen
Gruppe in die Pfropfkette, wie unten beschrieben, weggelassen werden.
-
[1-6] Schritt der Einführung
einer funktionellen Gruppe:
-
Anschließend
an den Pfropfpolymerisätionsschritt wird eine funktionelle
Gruppe in die Pfropfkette des Pfropfpolymers eingeführt.
Beim Schritt der Einführung einer funktionellen Gruppe
in die Pfropfkette kann das Polymerfasersubstrat mit einer Katalysatorfunktion
zur Biodieselherstellung versehen werden. Die funktionelle Gruppe,
die in die Pfropfkette einzuführen ist, kann eine oder
mehrere beinhalten, die aus primären Aminogruppen, sekundären
Aminogruppen, tertiären Aminogruppen und quaternären Ammoniumgruppen
ausgewählt sind, und diese kann über eine Aminierung
der Pfropfkette mit Aminen wie Trimethylamin (TMS), Dimethylamin,
Methylamin, Ammoniak, Ethylenediamin, Diethanolamin etc. eingeführt
werden. Beispielsweise wird in den nachfolgend aufgeführten
Beispielen ein Pfropfpolymer, in welches eine Pfropfkette eines
reaktiven Monomers (CMS) in die Hauptkette des Polymerfasersubstrats eingeführt
wird, durch Tauchen des Substrats in wässrige TMA-Lösung
hergestellt, um hierdurch eine Pfropfkette einer quaternären
Ammoniumgruppe hierin hinein einzuführen. Die quaternäre
Ammoniumgruppe ist stark basisch, und das Pfropfpolymer, in das
die quaternäre Ammoniumgruppe als Pfropfkette hierin hinein
eingeführt wird, kann ein starkes basisches Anionenaustauscher-Pfropfpolymer
sein. Das starke basische Anionenaustauscher-Pfropfpolymer kann
eine größere Quantität bzw. Menge Hydroxidionen
in dem Alkaliverarbeitungsschritt, wie nachfolgend aufgeführt,
aufnehmen, und kann daher als bevorzugte Ausführungsform
betrachtet werden. Speziell ist bei dem Pfropfpolymer mit TMA die
Alkylkettenlänge der Alkylgruppe (Methylgruppe), die an das
Stickstoffatom in TMA bindet, kurz, und daher ist das Pfropfpolymer
bevorzugt, da die sterische Hinderung hierin geringer und die Reaktivität
des Polymers höher ist.
-
Der
Reaktionstemperatur bei der Einführung der funktionellen
Gruppe in die Pfropfkette hängt von der Reaktivität
der Amine ab, und sei reicht typischerweise von 10 bis 60°C,
vorzugsweise von 40 bis 60°C. Die Reaktionszeit kann in
einem Bereich von 5 Minuten bis 24 Stunden liegen, vorzugsweise
von 10 Minuten bis 2 Stunden. Die Konzentration der Amine kann im
allgemeinen in einem Bereich von 0,1 bis 5 mol/L, vorzugsweise von
0,25 bis 1 mol/L liegen.
-
[1-7] Alkaliverarbeitungsschritt:
-
Als
nächstes wird das Pfropfpolymer mit einer in die Pfropfkette
hierin eingeführten Gruppe alkaliverarbeitet. Demgemäß wird
ein Hydroxidion in die Pfropfkette eingeführt, um einen
Katalysator zur Biodieselherstellung zu ergeben. Ein konkretes Verarbeitungsverfahren
wird beschrieben. Beispielsweise wird das Pfropfpolymer in eine
wässrige alkalische Lösung wie etwa 0,5 bis 2
mol/l NaOH oder KOH getaucht und bei Raumtemperatur (um 25°C)
für wenigstens 6 Stunden gerührt, wodurch das
Paarion bzw. Gegenion der funktionellen Gruppe, die in die Pfropfkette
eingeführt wurde, mit einem Hydroxidion substituiert wird,
und hierdurch das Hydroxidion in die Pfropfkette eingeführt
wird. Nach der Substitutionsreaktion wird das Pfropfpolymer vollständig
mit Wasser zur Entfernung nicht umgesetzten Alkalis gewaschen, und
dieses wird hiernach erneut mit einem vorbestimmten Alkohol gewaschen.
-
1 zeigt
die Alkaliverarbeitung von Pfropfpolymeren zur Einführung
von Hydroxidionen hierin hinein, wobei Polyethylen als Polymerfasersubstrat
und CMS als reaktives Monomer zur Einführung einer primären
Aminogruppe, einer sekundären Aminogruppe, einer tertiären
Aminogruppe oder einer quaternären Ammoniumgruppe als funktioneller Gruppe
hierin hinein verwendet wird. (a) zeigt eine Alkaliverarbeitung
eines Pfropfpolymers mit einer primären Aminogruppe, die
hierin hinein eingeführt wird; und (b), (c) und (d) zeigen
jeweils die Alkaliverarbeitung eines Pfropfpolymers mit einer sekundären Aminogruppe,
einer tertiären Aminogruppe oder einer quaternären
Ammoniumgruppe, die jeweils hierin hinein eingeführt wurde.
In diesen Beispielen wird das Gegenion, Chloridion zu der funktionellen
Gruppe, die in die Pfropfkette eingeführt wird, mit einem Hydroxidion über
die Alkaliverarbeitung substituiert. Das Chloridion ist ein Ion,
das aus CMS des reaktiven Monomers abgeleitet ist bzw. stammt.
-
Für
den Fall, dass die funktionelle Gruppe eine quaternäre
Ammoniumgruppe ist, ist diese stark basisch und ihr Gegenion ist
vollständig in der wässrigen alkalischen Lösung
dissoziiert. Andererseits ist, für den Fall, dass die funktionelle
Gruppe eine primäre Aminogruppe, eine sekundäre
Aminogruppe oder eine tertiäre Aminogruppe ist, diese schwach
basisch und nicht vollständig dissoziiert, und sogar bei
der Alkaliverarbeitung könnte ein Teil der Chloridionen nicht
mit einem Hydroxidion substituiert werden. Entsprechend kann, verglichen
mit jenem in dem Pfropfpolymer mit einer primären Aminogruppe,
einer sekundären Aminogruppe oder einer tertiären
Aminogruppe, die hierin hinein eingeführt sind, die Menge der
in das Pfropfpolymer einzuführenden Hydroxidionen mit einer
hierin hinein eingeführten quaternären Ammoniumgruppe
groß sein und die Reaktivität des resultierenden
Polymers bei der Umesterungs-Biodieselbildung bevorzugt bzw. vorteilhafterweise
zunehmen.
-
[2] Verfahren zur Herstellung eines Biodiesel-Herstellungskatalysators
zur Herstellung von Biodiesel:
-
Biodiesel
kann als ein Fettsäurester durch eine Umesterung von Öl/Fett
und Alkohol in Anwesenheit des Biodiesel- Herstellungskatalysators,
der in dieser Ausführungsform hergestellt wurde, hergestellt
werden (nachfolgend kann dieser als faserförmige Katalysator
bezeichnet werden). Nicht spezifisch definiert kann das molare Verhältnis
von Öl/Fett zu Alkohol (Öl-Fett/Alkohol) in einen
Bereich von 1/100 bis 1/3, vorzugsweise von 1/3 bis 1/20 fallen.
-
Bei
der Umesterung von Öl/Fett und Alkohol kann ein Hilfslösungsmittel
zur Mischung der Reaktantmaterialien in einer homogenen Phase und
zur Reaktion derselben verwendet werden. Das Hilfslösungsmittel
kann in einer Menge vorliegen, die ausreichend ist, dass die Reaktantmaterialen
eine homogene Phase bilden, abhängig von der Art und dem Verhältnis
von Öl/Fett und Alkohol; und das Hilfslösungsmittel
kann zu dem System in einem Verhältnis von 0,1 bis 500
Gew.-% relativ zum Gesamtgewicht der Reaktantmaterialien zugegeben
werden, vorzugsweise von 0,1 bis 100 Gew.-%.
-
Die
Reaktionstemperatur ist nicht spezifisch definiert. In dieser Ausführungsform
kann Biodiesel bei einer Temperatur gebildet werden, die in einen Bereich
von 10°C bis 100°C fällt. In dieser Ausführungsform
wird der faserförmige Katalysator verwendet, und beispielsweise
kann Biodiesel sogar bei einer Niedrigtemperaturbedingung hergestellt
werden, die in einen Bereich von 20°C bis 50°C
fällt. Die Reaktionszeit kann in einem Bereich von 5 Minuten
bis 24 Stunden fallen, vorzugsweise von 10 Minuten bis 4 Stunden.
Das Verfahren der Kontaktierung der Reaktantmaterialien von Öl/Fett
und Alkohol mit dem faserförmigen Katalysator ist nicht
spezifisch definiert, und kann ein beliebiger Batch-Prozess, ein
kontinuierlicher Prozess etc. sein. Beispielsweise sind ein Verfahren
unter Verwendung eines Rührtanks, ein Verfahren unter Zuführung
der Flüssigkeit in ein gepacktes Bett und ein Verfahren
unter Verwendung eines fluidisierten Bettreaktors, eines Schüttelreaktors oder
dergleichen verwendbar. Bei der Batch-Umesterung wird Reaktionssystem
zur Verbesserung der Reaktionseffizienz gerührt. Die Rührgeschwindigkeit kann
in einem Bereich von 10 bis 1000 Umdrehungen pro Minute (rpm) vorzugsweise
von 200 bis 500 rpm liegen.
-
Die
Katalysatoraktivität der faserförmigen Katalysators
verringert sich, da die freie Fettsäure, die durch Hydrolyse
zusammen mit der Umesterung gebildet wird, durch den faserförmigen
Katalysator adsorbiert wird. Entsprechend wird der Katalysator nach
der Umesterung mit einer Säurelösung gewaschen,
wodurch die Katalysatoraktivität wiederhergestellt wird
und der Katalysator wiederholt verwendet werden kann. Als Säurelösung
ist eine organische Säure wie Ameisensäure, Essigsäure,
Zitronensäure etc. verwendbar.
-
[2-1] Öl/Fett:
-
Öl/Fett
zur Verwendung bei der Biodieselherstellung ist nicht spezifisch
definiert und beinhaltet natürliches Öl/Fett,
synthetisches Öl/Fett oder deren Mischungen. Beispielsweise
existieren Pflanzenöl/-fett wie Palmfett bzw. Palmöl,
Palmkernöl, Leinsamenöl, Sonnenblumenöl,
Holzöl, Distelöl, Baumwollsamenöl, Maisöl,
Sojaöl, Rapsöl, Canola-Öl, Sesamöl,
Reisöl, Olivenöl, Erdnussöl, Rizinusöl,
Kakaobutter, Kokosnussöl, Distelöl, Curcas-Öl,
Phloxöl, Sandbox-Öl; tierisches Öl/Fett
wie Rindertalg, Schmalz, Sahne, Fischöl, Walöl,
Pflanzenöle die durch Restaurants, die Nahrungsmittelindustrie,
private Haushalte etc. entsorgt werden. Diese Öle/Fette
können einzeln oder als hieraus gemischte Öle/Fette
verwendet werden; und ebenso sind öl/fetthaltige Diglyceride oder
Monoglyceride, synthetische Triglyceride, synthetische Triglyceride,
die Monoglyceride oder Diglyceride enthalten, modifizierte Öle/Fette,
die durch Oxidation oder Reduktion eines Teils dieser Öle/Fette zubereitet
sind, verwendbar. Verarbeitete Öl-/Fettprodukte, die dieses Öl/Fett
als Hauptinhaltsstoff aufweisen, sind ebenso als Ausgangsmaterial
verwendbar.
-
Öl/Fett
kann jeden anderen Inhaltsstoff außer Öl/Fett
enthalten. Spezifisch erwähnt seien Rohöl, Schweröl,
Leichtöl, Mineralöl, essentielles Öl, Kohle,
Fettsäure, Saccharide, Metallpulver, Metallsalz, Protein,
Aminosäure, Kohlenwasserstoff, Cholesterin, Duftstoff,
Farbstoffverbindung, Enzym, Parfüm, Alkohol, Faser, Harz,
Gummi, Farbe, Zement, Tensid, aromatische Verbindung, aliphatische
Verbindung, Ruß, Glas, Erde und Sand, stickstoffhaltige Verbindung,
schwefelhaltige Verbindung, phosphorhaltige Verbindung, halogenhaltige
Verbindung etc., auf welche jedoch die Erfindung nicht beschränkt
ist. Die heterogenen Inhaltsstoffe im Öl/Fett werden vorzugsweise
durch Fällung, Filtration, Flüssig-Flüssig-Trennung
etc. entfernt.
-
[2-2] Alkohol:
-
Nichtspezifisch
definiert kann Alkohol zur Verwendung bei der Herstellung von Biodiesel
jeder sein, der zu einer direkten Umesterung mit Öl/Fett befähigt
ist, darunter gesättigte, lineare oder verzweigte Alkohole
mit einem Kohlenwasserstoffskelett bzw. einer Kohlenwasserstoffkette
von 1 bis 18 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise von 1 bis 6 Kohlenstoffatomen.
Beispielsweise seien Methanol, Ethanol, Propanol, Isopropanol, 1-Butanol,
2-Butanol, Isobutanol, tert-Butanol, 1-Pentanol, 3-Pentanol, 3-Methyl-1-butanol,
2,2-Dimethyl-1-propanol, 1-Hexanol, 2-Hexanol, 2-Methyl-1-pPentanol,
3,3-Dimethyl-1-butanol etc. erwähnt. Einer oder mehrere
dieser Alkohole können entweder einzeln oder kombiniert
verwendet werden. In dieser Ausführungsform ist die Verwendung
von Methanol oder Ethanol unter dem Gesichtspunkt der Verfügbarkeit
hiervon und die Anwendbarkeit auf die zu erhaltende Fettsäure
bevorzugt.
-
[2-3] Hilfslösungsmittel:
-
Das
Hilfslösungsmittel zur Verwendung in dieser Ausführungsform
ist eines zur Erhöhung der Kontaktgrenzfläche
zwischen Öl/Fett und Alkohol bei der Umesterung von Öl/Fett
und Alkohol bei der Herstellung von Biodiesel, und zur Erhöhung
der Reaktionsgeschwindigkeit der Umesterung. Entsprechend ist das
Hilfslösungsmittel nicht spezifisch definiert, soweit es
vollständig mit sowohl dem Öl/Fett als auch dem
Alkohol mischbar ist, und das Hilfslösungsmittel selbst
nicht mit dem Reaktionsmaterialien reagiert. Beispielsweise beinhaltet
es gesättigte Kohlenwasserstoffe wie Decan, Octan, Hexan;
zyklische gesättigte Kohlenwasserstoffe wie Cyclohexan;
aromatische Verbindungen wie Benzol, Xylol, Toluol; Ether wie Diethylether,
Dipropylether, tert-Butyl-methylether, zyklische Ether wie Tetrahydrofuran,
Dioxan; aprotische polare Lösungsmittel wie N,N-Dimethylformamid,
Dimethylsulfoxid, Aceton etc. Als Hilfslösungsmittel ist
auch kommerziell erhältlicher Biodiesel oder entsprechend
dieser Ausführungsform hergestellter Biodiesel verwendbar.
Das Volumen des notwendigen Hilfslösungsmittels kann geeignet
in Abhängigkeit von der Art von Öl/Fett und Alkohol
und der Affinität des Lösungsmittels mit den Reaktionsmaterialien
bestimmt werden.
-
Das
Hilfslösungsmittel muss aus dem Reaktionsprodukt nach der
Umesterung entfernt werden, und es weist hierfür vorzugsweise
einen Siedpunkt geringer als etwa 200°C auf, eher vorzugsweise
einen Siedepunkt in der Nähe des Siedpunkts des zu verwendenden
Alkohols. Ebenso ist das Hilfslösungsmittel vorzugsweise
ein nicht wässriges.
-
Die
Erfindung wurde zuvor unter Bezugnahme auf ihre Ausführungsformen
beschrieben, jedoch ist die Erfindung keineswegs auf die zuvor erwähnten Ausführungsformen
beschränkt. Ohne ihren Geist und Umfang überzubeanspruchen
kann die Erfindung auf jegliche Weise innerhalb des Umfangs der Erfindung
verändert und modifiziert werden. Beispiele der Erfindung
werden hiernach konkret beschrieben.
-
Beispiele
-
Herstellung des Katalysators zur Biodieselherstellung
-
<Beispiel
1>
-
Als
Polymerfasersubstrat wurde ein nicht verwobenes Gewebe aus Polyethylen/Polypropylen-(PE/PP)Fasern
(mittlerer Faserdurchmesser: 13 μm verwendet; und dieses
wurde mit Elektronenstrahlen in einer Stickstoffatmosphäre
bestrahlt (Strahlungsdosis: 20 bis 100 kGy. Nach der Bestrahlung
wurde die Probe in eine Emulsionsreaktionslösung (P-Chloromethylstyrol
(CMS), Konzentration: 3 Gew.-% Tween 20-Konzentration: 0,3 Gew.-%)
zur Pfropfpolymerisation bei einer Reaktionstemperatur von 40°C
für 1 bis 4 Stunden getaucht. Die Emulsionsreaktionslösung
weist drei Inhaltsstoffe auf, ein funktionelles Monomer, CMS, ein
Tensid, Tween 20, und ein Lösungsmittel, Wasser; und in
diesem Experiment wurde die Emulsionsreaktionslösung zuvor mit
Stickstoff gespült, um hierin gelösten Sauerstoff zu
entfernen, und die hierdurch verarbeitete Lösung wurde
verwendet. Nach der Pfropfpolymerisation wurde diese vollständig
mit Wasser und Methanol in dieser Reihenfolge gewaschen, um das
gewünschte CMS-Pfropfpolymer zu erhalten. Der Pfropfungsgrad (Dg)
wurde entsprechend der nachfolgenden Formel auf Grundlage der Gewichtszunahme
des nicht verwobenen Gewebes vor und nach der Pfropfpolymerisation
berechnet. Pfropfungsgrad (Dg, %) = (W1 – W0)/W0 × 100wobei W0 und
W1 jeweils das Substratgewicht vor der Pfropfpolymerisation
und nach der Pfropfpolymerisation angeben.
-
Unter
Verwendung einer Nichtemulsionsreaktionslösung mit einem
organischen Lösungsmittel (Methanol) wurde die gleiche
Pfropfpolymerisation wie oben ebenso ausgeführt. Die Reaktionsbedingung
für das Nichtemulsionssystem war die gleiche wie jene für
das Emulsionssystem, mit der Ausnahme, dass Methanol als Lösungsmittel
verwendet wurde. Die Strahlungsdosis betrug 100 kGy, die CMS-Konzentration
betrug 3 Gew.-% die Reaktionstemperatur betrug 40°C und
die Reaktionszeit betrug 1 bis 4 Stunden.
-
2 zeigt
den Grad der Pfropfung, der in Abhängigkeit von der Strahlungsdosis
und der Reaktionszeit variiert. Der Pfropfungsgrad des Emulsionssystems
in einer Reaktionszeit von 4 Stunden betrug 177% bei 20 kGy, 278%
bei 50 kGy und 337% bei 100 kGy. Der Pfropfungsgrad des Nichtemulsionssystems
in einer Reaktionszeit von 4 Stunden um 15% bei einer Strahlungsdosis
von 100 kGy.
-
Als
nächstes wurde das CMS-Pfropfpolymer in eine wässrige
Trimethylamin (TMA)-Lösung mit einer TMA-Konzentration
von 0,25 mol/L bei einer Reaktionstemperatur von 50°C für
2 Stunden zur Einführung einer quaternären Ammoniumgruppe
in die CMS-Pfropfkette getaucht. Das CMS-Pfropfpolymer wies einen
Pfropfungsgrad von 100%, 200%, 300% oder 400% auf. Diese CMS-Pfropfpolymere
wurden entsprechend dem zuvor erwähnten Verfahren hergestellt,
wobei die Reaktionszeit gesteuert wurde, um die Polymere mit dem
vorbestimmten Pfropfungsgrad zu bilden.
-
Als
Ergebnis der Einführung der quaternären Ammoniumgruppe
in die CMS-Pfropfkette betrug die Dichte der funktionellen Gruppe
in den Pfropfpolymeren mit einem unterschiedlichen Pfropfungsgrad,
wie durch die Verwendung einer Reaktionslösung vom Emulsionstyp
hergestellt, 2,7 mmol TMA/g-Katalysator bei einem Pfropfungsgrad
von 100%, 3,3 mmol TMA/g-Katalysator bei einem Pfropfungsgrad von 200%,
3,6 mmol TMA/g-Katalysator bei einem Pfropfungsgrad von 300% und
3,7 mmol TMA/g-Katalysator bei einem Pfropfungsgrad von 400%. Die
Dichte der funktionellen Gruppe ist auf dem gleichen Niveau wie
jene der Dichte der funktionellen Gruppen, welche 3,4 mmol TMA/g-Harz,
ein kommerziell erhältliches, granuläres starkes
basisches Anionenaustauscherharz aufweist (Mitsubishi Chemical Diaion PA306S);
und dieses Beispiel bestätigt die Herstellung eines starken
basischen Anionenaustauscher-Pfropfpolymers (faserförmiger
Katalysator) mit einer Kapazität von funktionellen Gruppen,
die zur Verwendung ausreicht.
-
Herstellung von Biodiesel
mit faserförmigem Katalysator
-
<Beispiel
2>
-
Einfluss der Reaktionszeit auf die Umesterung:
-
Unter
Verwendung des starken Anionenaustauscher-Pfropfpolymers (faserförmiger
Katalysator) der Erfindung wurde Biodiesel (Fettsäureester)
durch Umesterung von Öl/Fett (Triglycerid) und Alkohol
gebildet. Als Öl/Fett wurde ein synthetisches Triglycerid,
Triolein (Reinheit 60%) verwendet; und als Alkohol wurde Ethanol
verwendet. 10 g eines Reaktantmaterials, das durch Mischen beider
in einem molaren Verhältnis (Triolein/Ethanol) von 1/50
(Triolein 2,8 g (3,2 mol); Ethanol 7,2 g (156 mol)) zubereitet wurde,
wurde in einer 50 mL Gefäßflasche gesammelt bzw.
vorgelegt, und 10 g eines Hilfslösungsmittels, Decan (durch
Wako Pure Chemicals, Reinheit 99,0%), wurde hierzu zugegeben, um
die Reaktionslösung in eine homogene Phase zu überführen.
Als nächstes wurden 0,5 g (Trockengewicht) des faserförmigen
Katalysators, der zuvor mit einer wässrigen Natriumhydroxidlösung
behandelt wurde, hierzu zur Umesterung bei einer Reaktionstemperatur
von 50°C und bei einer Rührgeschwindigkeit von
300 rpm zugegeben. Der Pfropfungsgrad des faserförmigen
Katalysators, der hierbei verwendet wurde, betrug 255%, und die
Dichte der funktionellen Gruppen hierin betrug 3,5 mmol TMA/g-Katalysator.
-
Eine
Umesterung von Fett/Öl und Alkohol bei Anwesenheit des
starken basischen Anionenaustauscherharz-Pfropfpolymers ergab Biodiesel
durch einen Verbrauch von Triglycerid mit verstreichender Zeit,
wie in 3 gezeigt. Dieses Ergebnis bestätigt, dass
das starke basische Anionenaustauscher-Pfropfpolymer als Katalysator
für die Biodieselherstellung wirkt. Die Reaktionsrate der
Umesterung in unterschiedlichen Reaktionszeiten betrug 23% in einer
Reaktionszeit von 10 Minuten, 48% in einer Reaktionszeit von 30
Minuten, 70% in Reaktionszeit von 60 Minuten, 82% in Reaktionszeit
von 120 Minuten und 95% in einer Reaktionszeit von 240 Minuten.
-
Triglycerid
ist in 3 spezifisch angegeben; und die Reaktionsrate
des Triglycerids relativ zur Reaktionszeit ist wie in 4 aufgetragen.
In 4 sind die Daten mit einem kommerziell erhältlichen
granulären starken Anionenaustauscherharz, Diaion PA306S
ebenso zum Vergleich gezeigt.
-
Die
Dichte der funktionellen Gruppe in Diaion PA306S, wie in diesem
Experiment verwendet, betrug 3,4 mmol TMA/g Harz und die Partikelgröße
des Harzes betrug 150 bis 425 μm. Die Menge des Harzes
wurde so gesteuert, dass die Menge der funktionellen Gruppe, die
in das Reaktionssystem eingeführt wurde, die gleiche sein
konnte, wie jene, die hierin in dem Fall der Verwendung des faserförmigen Katalysators
eingeführt wurde, und 0,5 g des Harzes, als Trockengewicht
hiervon, wurde verwendet. Die andere Bedingung war die gleiche wie
in dem Fall der Verwendung des faserförmigen Katalysators.
-
Wie
in 4 gezeigt förderte der faserförmige
Katalysator die Umesterung in einer Reaktionsgeschwindigkeit, die
wenigtens 3 mal höher als mit dem granulären starken
basischen Anionenaustauscherharz war (granuläres Harz),
und es ist bekannt bzw. ersichtlich, dass der faserförmige
Katalysator Biodiesel effizient in einer kürzeren Zeit
bildete. Die Triglyceridreaktionsrate in einer Reaktionszeit von
2 Stunden betrug 82% mit dem faserförmigen Katalysator und
26% mit dem granulären Harz.
-
<Beispiel
3>
-
Einfluss der Reaktionstemperatur auf die
Umesterung:
-
5 zeigt
das Ergebnis der Untersuchung des Einflusses der Reaktionstemperatur
auf die Umesterung.
-
In
diesem Experiment wurde ein faserförmiger Katalysator mit
einem Pfropfungsgrad von 215% und einer Dichte der funktionellen
Gruppen von 3,3 mmol TMA/g-Katalysator verwendet. Die anderen Bedingungen
waren die gleichen wie in Beispiel 2.
-
Wie
in 5 ermöglichte die Verwendung des faserförmigen
Katalysators die Bildung von Biodiesel sogar unter einer geringeren
Temperaturbedingung einer Reaktionstemperatur von 20°C
bis 50°C. Mit der Erhöhung der Reaktionstemperatur nahm
die Umesterungsrate zu und nach der Reaktionszeit. von 4 Stunden
betrug die Triglyceridreaktionsrate bei unterschiedlichen Reaktionstemperaturen
18% bei 20°C, 39% bei 30°C, 58 bei 40°C
und 82% bei 50°C.
-
<Beispiel
4>
-
Herstellung von Biodiesel mit unterschiedlichen
Arten von Alkoholen:
-
Unter
Verwendung von Triolein als Öl/Fett und unter Verwendung
eines primären Alkohols mit einer unterschiedlichen Alkylkettenlänge
als Alkohol wurden die zwei Inhaltsstoffe umgestert. Die Ergebnisse
sind in 5 gezeigt.
-
In
diesem Beispiel wurden Methanol, Ethanol, 1-Propanol, 1-Butanlol,
1-Pentanol und 1-Hexanol als Alkohol verwendet; und ein faserförmiger
Katalysator mit einem Pfropfungsgrad von 307% und einer Dichte der
funktionellen Gruppen von 3,6 mmol TMA/g Katalysator. Die Reaktionszeit
betrug 2 Stunden und die anderen Bedingungen waren die gleichen
wie in Beispiel 2.
-
Wie
in 6 wurde Biodiesel unbeachtlich der Art von verwendetem
Alkohol gebildet, und es ist bekannt bzw. ersichtlich, dass der
faserförmige Katalysator ein Biodiesel-Herstellungskatalysator
ist, der auf andere Arten von Alkoholen außer Ethanol anwendbar
ist. Aus den Peaks für Biodiesel in 6 ist ersichtlich,
dass der Alkohol mit einer längeren Alkylkettenlänge
eine längere Elutionszeit erfordert. Der Unterschied in
den Elutionszeiten bedeutet den Unterschied in der Struktur (Hydrophobizität)
des gebildeten Biodiesels, und es ist ersichtlich, dass unterschiedliche
Arten von Biodiesel aus unterschiedlichen Arten von Alkohol gebildet
werden. Die Reaktionsrate bei der Umesterung mit unterschiedlichen
Alkoholen nach der Reaktionszeit von 2 Stunden betrug 48% mit Methanol,
84% mit Ethanol, 82% mit 1-Propanol, 89% mit 1-Butanol, 53% mit
1-Pentanol und 44% mit 1-Hexanol.
-
<Beispiel
5>
-
Herstellung
von Biodiesel aus Ausgangsmaterialien aus unterschiedlichen Arten
von Öl/Fett:
-
7 und 8 zeigt
Ergebnisse der Herstellung von Biodiesel durch Umesterung von Rapsöl oder
Palmöl als Öl/Fett und Ethanol.
-
In
diesem Beispiel wurde ein faserförmiger Katalysator mit
einem Pfropfungsgrad von 307% und einer Dichte funktioneller Gruppen
von 3,6 mmol TMA/g Katalysator verwendet; und als Ausgangsmaterial
wurde eine gemischte Lösung von 2,8 g Öl/Fett, 7,2
g Ethanol und 10 g Decan verwendet. Die Reaktionszeit betrug 2 Stunden
und die anderen Reaktionsbedingungen waren die gleichen wie in Beispiel
2.
-
Eine
reale bzw. tatsächliche Probe von Rapsöl oder
Palmöl weist unterschiedliche Arten von Triglyceriden auf,
die von der Idealprobe bzw. Modellprobe Triolein, wie sie zuvor
verwendet wurde, abweichen; jedoch, wie in 7 und 8,
bildet auch die Realprobe Biodiesel. In der Reaktionszeit von 2 Stunden
betrug die Reaktionsrate der unterschiedlichen Reaktionssysteme
47% aus Rapsöl und 30% aus Palmöl. Die Reaktionsrate
war relativ langsam; aber die Reaktionszeit kann durch Optimieren
des Fest-Flüssig-Verhältnisses des faserförmigen
Katalysators und dem Öl/Fett und des Verhältnises
des Öls/Fetts und des Alkohols optimiert werden.
-
<Beispiel
6>
-
Herstellung von Biodiesel ohne Schwierigkeiten
bzw. Aufwand der Zwei-Phasen-Trennung:
-
In
den zuvor erwähnten Beispielen wurde ein Hilfslösungsmittel
zu dem Reaktionsmaterial zum Zweck der Entfernung bzw. Elimination
des Einflusses der Rühroperation auf die Reaktionsgeschwindigkeit
und zur Erhöhung der Reaktionseffizienz bei der Herstellung
von Biodiesel zugegeben. Jedoch muss das Hilfslösungsmittel
abgetrennt und aus dem Produkt nach der Reaktion entfernt werden,
dies ist jedoch problematisch, da es die Produktionskosten erhöht.
Entsprechend wurde in diesem Beispiel für den Zweck der
Reduktion der Produktionskosten von Biodiesel die Biodieselproduktion
in einem Zweiphasen-Trennungszustand ohne Verwendung eines Hilfslösungsmittels
versucht. In diesem Beispiel wurden 10 g einer gemischten Lösung
von Triolein und Ethanol alleine (molares Verhältnis von
Triolein/Ethanol = 1/10) als Reaktantmaterial verwendet; und ein faserförmiger
Katalysator mit einem Pfropfungsgrad von 200% und einer Dichte funktioneller
Gruppen von 3,3 mmol TMA/g Katalysator wurde verwendet. Die anderen
Reaktionsbedingungen waren die gleichen wie in Beispiel 3. Zum Vergleich
sind die Daten mit einem granulären starken basischen Anionenaustauscherharz,
Diaion PA306S (Dichte funktioneller Gruppen 3,4 mmol TMA/g Harz,
Trockengewicht 0,5 g) ebenso gezeigt.
-
9 zeigt
die Daten der Reaktionsrate von Triglycerid, wie relativ zur Reaktionsgeschwindigkeit aufgetragen;
und 10 zeigt fotografische Aufnahmen von Reaktionslösungen
nach 24 Stunden nach dem Beginn der Umesterung. Wie in 9 sind
sowohl der faserförmige Katalysator als auch das granuläre
Ionenaustauscherharz zur Herstellung von Biodiesel in Abwesenheit
eines Hilfslösungsmittels wirksam. Jedoch, wenn die zwei
Fälle mit jedem anderen punktweise mit der Triglyceridreaktionsrate nach
einer Stunde nach dem Beginn der Reaktion verglichen werden, dann
ist ersichtlich, dass die Reaktionsrate mit dem faserförmigen
Katalysator etwa das 10-fache jener mit dem granulären
Ionenaustauscherharz beträgt (faserförmiger Katalysator,
64%; granuläres Ionenaustauscherharz, 6%) und dass der faserförmige
Katalysator eine schnellere und effizientere Umesterung bewirkt.
Der signifikante Unterschied in der Reaktionsgeschwindigkeit ist
nicht nur durch den Effekt des faserförmigen Pfropfpolymerkatalysators
mit einer hohen Kontakteffizienz und einer hohen Reaktionseffizienz
bewirkt, sondern auch durch den synergistischen Effekt mit dem faserförmigen
Katalysator, der darin besteht, dass, sogar wenn kein Hilfslösungsmittel
verwendet wird, der faserförmige Katalysator zur Herstellung
einer ausreichenden Menge von Biodiesel effektiv sein könnte,
die zur Lösung des Problems der Zweiphasentrennung in einer
kurzen Zeit ausreicht, und als Ergebnis könnte der gebildete
Biodiesel als Hilfslösungsmittel (Selbstbildung bzw. autonome
Bildung von Hilfslösungsmittel) fungieren.
-
Das
Ergebnis könnte aus den fotografischen Aufnahmen in 10 verstanden
werden. Wie in 10(a) war in dem Fall,
indem das granuläre Ionenaustauscherharz verwendet wurde,
die Menge des gebildeten Biodiesels nach 24 Stunden nach dem Beginn
der Reaktion immer noch klein, und die Reaktionslösung
war in zwei Phasen getrennt. Andererseits war die Phasentrennung
für den Fall, in dem der faserförmige Katalysator
verwendet wurde, aufgrund des Hilfslösungsmitteleffekts
des mit hoher Effizienz gebildeten Biodiesels in dem Reaktionssystem
gelöst, und das Reaktionssystem bildete eine homogene Phase,
wie in 10(b).
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Wie
zuvor ermöglicht der faserförmige Katalysator
es, Biodiesel in Abwesenheit eines Hilfslösungsmittels
herzustellen. Entsprechend kann der Schritt der Entfernung des Hilfslösungsmittels
weggelassen, und die Produktionskosten reduziert werden.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Der
Katalysator zur Biodieselherstellung der Erfindung weist als Substrat
einen faserförmigen Katalysator auf, der in der Reaktionslösung
nicht löslich ist, und daher ermöglicht er es,
den Katalysatorabtrennungsschritt wegzulassen, der ein Manko in
dem Homogenphasen-Alkalikatalysatorverfahren darstellt. Zusätzlich
weist der faserförmige Katalysator ultrafeine Fasern mit
einer großen spezifischen Oberfläche und mit einer
hohen Kontakteffizienz auf, und weist ein Pfropfpolymer mit einer
höheren Reaktionsgeschwindigkeit als der katalytische Zusatzstoff hiervon
auf, und daher ermöglicht er eine Herstellung einer großen
Menge von Biodiesel effizient und bei einer Reaktionsgeschwindigkeit,
die um wenigstens das 3-fache höher liegt als jene bei
konventionellen granulären Ionenaustauscherharzen. Darüber
hinaus ermöglicht der faserförmige Katalysator
die Herstellung von Biodiesel in Abwesenheit eines Hilfsmittels. Entsprechend
kann der Schritt der Entfernung eines Hilfslösungsmittels weggelassen
werden, und die Produktionskosten können reduziert werden.
Darüber hinaus ermöglicht der faserförmige
Katalysator die Herstellung von Biodiesel bei einer Reaktionstemperatur
von nicht mehr als 50°C. Entsprechend weist der Katalysator
ein Potential eines großen Beitrags zum Gebiet der Industrie
und dem Gebiet der Energie als billige und effiziente Biodieselherstellungstechnologie
auf. Darüber hinaus kann die Förderung der Verwendung
von Biodiesel mit einer geringeren Umweltbelastung zur Lösung
des momentanen schweren Problems der globalen Erwärmung und
der Luftverschmutzung beitragen und ferner zur Lösung des
Problems des Abbaus fossiler Treibstoffressourcen.
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Das
bedeutet, dass entsprechend der Erfindung die folgenden Vorteile
erwartet werden.
- (1) Bei einem Pfropfpolymerisationsverfahren kann
ein faserförmiger Katalysator für Biodiesel mit
guter Reproduzierbarkeit und in vereinfachter Weise hergestellt
werden.
- (2) Ein Katalysatorentfernungsschritt, welcher einen Nachteil
bei einem Homogenphasen-Alkalikatalysatorverfahren darstellt, kann
weggelassen werden.
- (3) Ein faserförmiges Polymer mit einer großen spezifischen
Oberfläche und mit einer Kontakteffizienz auf hohem Niveau
wird als Substrat verwendet, und daher kann ein Biodiesel, verglichen
mit einem Fall der Verwendung eines herkömmlichen granulären
Ionenaustauscherharzes, im Fall der Verwendung des Katalysators
der Erfindung effizienter in einer kürzeren Zeit hergestellt
werden.
- (4) Anders als ein granuläres Ionenaustauscherharz
mit einer Reaktionsstelle innerhalb der Poren weist der Katalysator
der Erfindung ein Pfropfpolymer mit einer Reaktionsstelle in der
Pfropfkette hiervon und hierdurch eine höhere Reaktionseffizienz
auf; und unter Verwendung des Katalysators kann ein Biodiesel effizienter
in einer kürzeren Zeit hergestellt werden.
- (5) Unterschiedlich zu einem herkömmlichen Zweiphasen
Biodieselherstellungsverfahren wird die Umesterung in der Erfindung
in einer homogenen Phase erhalten, die auf der Wirkung des gebildeten
Biodiesels beruht, und daher wird in der Erfindung die Reaktionseffizienz
mehr erhöht, und Biodiesel kann effizienter in einer kürzeren
Zeit gebildet werden.
- (6) Ein Hilfslösungsmittel wird nicht benötigt,
und daher kann der zusätzliche Lösungsmittelentfernungsschritt
weggelassen und die Biodieselproduktionskosten können reduziert
werden.
- (7) Die Umesterung kann bei einer Temperatur erhalten werden,
die nicht mehr als 50°C beträgt, und daher können
die Biodieselherstellungskosten reduziert werden.
- (8) Biodiesel kann aus einem Ausgangsmaterial von Pflanzenöl/Fett
gebildet werden, welches ein ”kohlenstoffneutraler” Kraftstoff
ist, und daher Maßnahmen zur Verhinderung der globalen
Erwärmung folgt bzw. entspricht.
- (9) Verglichen mit erdölbasiertem Leichtöl
ist der Gehalt von Schwefeloxiden, die Dieselruß in Abgas
und sauren Regen verursachen, klein, und die Erzeugung suspendierten
partikulären Materials ist klein, und daher kann die Umweltbelastung reduziert
werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - JP 6-006718
B [0008]
- - JP 2006-104316 A [0008]
- - JP 2005-344047 A [0008]
- - CA 2131654 [0008]
- - JP 2003-507495 [0008]
- - JP 2006-524267 [0008]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - Yonemoto et
al. [0005]
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- - Shiro Saka, Eiji Minami, Hideki Fukuda; A to Z of Biodiesel,
IPC, 82–134, 2006 [0008]
- - N. Shibasaki-Kitakawa, H. Honda, H. Kuribayashi, T. Toda,
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Water, Anal. Sci., 17 Suppl., 1205–208, 2001 [0008]