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La teoría del funcional de la densidad aplicada al estudio del mecanismo de transesterificación
catalizada por ácido para la producción de biodiesel a partir de aceites de cocina usados
para la reacción de transesterificación, y la Vía 2 basada en intermediate (IM2-2) could be generated with the highest
el mecanismo de reacción SN2 resultó ser la vía de reacción active energy of 15.383 kcal mol , implying that there was
−1
óptima. Con una energía de activación más alta, de 15,383 the most stable structure of IM2-2 as the key species in the
−1
kcal mol se pudo generar un intermediario tetraédrico (IM2- transesterification process. Hence, the increasing
2), lo que significa que el IM2-2 fue la estructura más estable decomposition rate of IM2-2 accelerated the forward
+
como especie clave en el proceso de transesterificación. Por lo reaction in H -based biodiesel processes. The calculated
tanto, la tasa creciente de descomposición del IM2-2 aceleró active energy of 15.383 kcal mol was in good
−1
la reacción posterior en los procesos de biodiesel basados en agreement with the kinetic data for the monoacylglycerol
−1
H . La energía de activación calculada de 15,383 kcal mol −1 transesterification of 15.067 kcal mol . Our calculations
+
tuvo buena concordancia con los datos cinéticos de la transes- should provide basic and reliable theoretical data for
−1
terificación del monoacilglicerol de 15,067 kcal mol . Nues- further understanding the mechanism of transesterification
tros cálculos deberían proporcionar datos teóricos básicos y of WCO to biodiesel products in the future work.
confiables para un mayor entendimiento del mecanismo de la
transesterificación del WCO en productos de biodiesel en los
trabajos futuros.
Palabras claves / Key words
DFT; biodiesel; análisis térmico; control del proceso. DFT; biodiesel; thermal análisis; process control.
· Introducción versión de aceites en sus ácidos grasos tecnología de fotocatálisis solar solo se
es necesaria para la producción de bio- utiliza en el laboratorio y requiere mayor
El biodiesel, como una mezcla de ésteres diesel (Demirbas, 2009). desarrollo e investigación.
alquílicos de ácidos grasos, ha sido defi-
nido como un tipo de combustible que Se considera que la transesterificación Resultados previos indican que las reac-
contiene ácidos grasos de cadena larga o la alcohólisis, mediante reacciones ciones de transesterificación catalizadas
+
derivados de aceites vegetales o grasas catalizadas por ácido, catalizadas por por (H ) exhibieron una mayor toleran-
de origen animal como fuentes de ener- lipasas o fotocatalizadas son las formas cia y un mayor rendimiento para la sín-
gía alternativas, no tóxicas y biodegra- más viables para convertir el WCO (Al- tesis del biodiesel, especialmente con la
dables (ASTM, 2007; Hoekman et al., Zuhair, 2005; Barik and Paul, 2017; existencia de altos contenidos de agua y
2012). Los aceites vegetales puros o las Corro et al., 2017; Leung et al., 2010). FFA (Balat and Balat, 2010; Freedman
grasas animales como materias primas En la producción industrial de biodie- et al., 1984; Jothiramalingam and Wang,
siempre resultan costosos para la pro- sel, el método de la transesterificación 2009; Nye et al., 1983). En los procesos
ducción de biodiesel. El aceite de coci- catalizada por lipasas no se ha utiliza- de transesterificación, seleccionar un
na usado (waste cooking oils - WCO), do ampliamente debido a su tiempo de alcohol apropiado también es necesario
como también las sustituciones más reacción mucho más prolongado y a una para poder elaborar productos de biodie-
económicas, se pueden obtener a partir menor eficiencia económica que las de sel más económicos y viables (Knothe
de aceites usados de restaurantes y de las catálisis ácida y alcalina (Meher et et al., 2010). Entre los alcoholes, el
grasas animales renderizadas, y tiene un al., 2006; Zhang, 2003). Estudios pre- metanol ha sido ampliamente adoptado
gran potencial como materia prima para vios encontraron que se podría producir por su bajo costo y reducido contenido
la síntesis del biodiesel (Kulkarni and biodiesel usando un fotocatalizador de de agua (Ahmad et al., 2012). Además,
Dalai, 2006). Sin embargo, en el caso ZnO/SiO a partir de la esterificación también se pueden utilizar catalizadores
2
de motores diesel de inyección directa o de los ácidos grasos libres (FFA) de los ácidos sólidos y líquidos. En la actua-
indirecta, el uso directo de WCO por lo aceites crudos de Jatropha curcas (Corro lidad, la mayoría de los estudios sobre
general ha sido considerado insatisfac- et al., 2013), y que la irradiación solar las reacciones de transesterificación
torio y poco práctico (Muniyappa et al., podría inducir la formación de los FFA catalizadas por H se han focalizado
+
1996; Ramadhas et al., 2004). Además, de los aceites de fritura usados en ésteres más en los catalizadores ácidos sólidos
la viscosidad elevada de los triacilgli- metílicos, mediante el fotocatalizador de (por ejemplo: el ZrO (Dehkordi and
2
ceroles es un obstáculo significativo y Cr/SiO (Corro et al., 2017). Por lo tan- Ghasemi, 2012), el SnO (Lam et al.,
2
2
estresante en el proceso de obtención to, las reacciones de transesterificación 2009), TiO (de Almeida et al., 2008),
2
del biodiesel a partir de WCO (Shahid fotocatalíticas exhiben un gran potencial y el ZnO (Yan et al., 2009), etc.) que
and Jamal, 2011). Por lo tanto, la con- para la producción de biodiesel, pero la en los ácidos líquidos (Jacobson et al.,
A&G 114 • Tomo XXIX • Vol. 1 • 122-130 • (2019) 123
catalizada por ácido para la producción de biodiesel a partir de aceites de cocina usados
para la reacción de transesterificación, y la Vía 2 basada en intermediate (IM2-2) could be generated with the highest
el mecanismo de reacción SN2 resultó ser la vía de reacción active energy of 15.383 kcal mol , implying that there was
−1
óptima. Con una energía de activación más alta, de 15,383 the most stable structure of IM2-2 as the key species in the
−1
kcal mol se pudo generar un intermediario tetraédrico (IM2- transesterification process. Hence, the increasing
2), lo que significa que el IM2-2 fue la estructura más estable decomposition rate of IM2-2 accelerated the forward
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como especie clave en el proceso de transesterificación. Por lo reaction in H -based biodiesel processes. The calculated
tanto, la tasa creciente de descomposición del IM2-2 aceleró active energy of 15.383 kcal mol was in good
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la reacción posterior en los procesos de biodiesel basados en agreement with the kinetic data for the monoacylglycerol
−1
H . La energía de activación calculada de 15,383 kcal mol −1 transesterification of 15.067 kcal mol . Our calculations
+
tuvo buena concordancia con los datos cinéticos de la transes- should provide basic and reliable theoretical data for
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terificación del monoacilglicerol de 15,067 kcal mol . Nues- further understanding the mechanism of transesterification
tros cálculos deberían proporcionar datos teóricos básicos y of WCO to biodiesel products in the future work.
confiables para un mayor entendimiento del mecanismo de la
transesterificación del WCO en productos de biodiesel en los
trabajos futuros.
Palabras claves / Key words
DFT; biodiesel; análisis térmico; control del proceso. DFT; biodiesel; thermal análisis; process control.
· Introducción versión de aceites en sus ácidos grasos tecnología de fotocatálisis solar solo se
es necesaria para la producción de bio- utiliza en el laboratorio y requiere mayor
El biodiesel, como una mezcla de ésteres diesel (Demirbas, 2009). desarrollo e investigación.
alquílicos de ácidos grasos, ha sido defi-
nido como un tipo de combustible que Se considera que la transesterificación Resultados previos indican que las reac-
contiene ácidos grasos de cadena larga o la alcohólisis, mediante reacciones ciones de transesterificación catalizadas
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derivados de aceites vegetales o grasas catalizadas por ácido, catalizadas por por (H ) exhibieron una mayor toleran-
de origen animal como fuentes de ener- lipasas o fotocatalizadas son las formas cia y un mayor rendimiento para la sín-
gía alternativas, no tóxicas y biodegra- más viables para convertir el WCO (Al- tesis del biodiesel, especialmente con la
dables (ASTM, 2007; Hoekman et al., Zuhair, 2005; Barik and Paul, 2017; existencia de altos contenidos de agua y
2012). Los aceites vegetales puros o las Corro et al., 2017; Leung et al., 2010). FFA (Balat and Balat, 2010; Freedman
grasas animales como materias primas En la producción industrial de biodie- et al., 1984; Jothiramalingam and Wang,
siempre resultan costosos para la pro- sel, el método de la transesterificación 2009; Nye et al., 1983). En los procesos
ducción de biodiesel. El aceite de coci- catalizada por lipasas no se ha utiliza- de transesterificación, seleccionar un
na usado (waste cooking oils - WCO), do ampliamente debido a su tiempo de alcohol apropiado también es necesario
como también las sustituciones más reacción mucho más prolongado y a una para poder elaborar productos de biodie-
económicas, se pueden obtener a partir menor eficiencia económica que las de sel más económicos y viables (Knothe
de aceites usados de restaurantes y de las catálisis ácida y alcalina (Meher et et al., 2010). Entre los alcoholes, el
grasas animales renderizadas, y tiene un al., 2006; Zhang, 2003). Estudios pre- metanol ha sido ampliamente adoptado
gran potencial como materia prima para vios encontraron que se podría producir por su bajo costo y reducido contenido
la síntesis del biodiesel (Kulkarni and biodiesel usando un fotocatalizador de de agua (Ahmad et al., 2012). Además,
Dalai, 2006). Sin embargo, en el caso ZnO/SiO a partir de la esterificación también se pueden utilizar catalizadores
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de motores diesel de inyección directa o de los ácidos grasos libres (FFA) de los ácidos sólidos y líquidos. En la actua-
indirecta, el uso directo de WCO por lo aceites crudos de Jatropha curcas (Corro lidad, la mayoría de los estudios sobre
general ha sido considerado insatisfac- et al., 2013), y que la irradiación solar las reacciones de transesterificación
torio y poco práctico (Muniyappa et al., podría inducir la formación de los FFA catalizadas por H se han focalizado
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1996; Ramadhas et al., 2004). Además, de los aceites de fritura usados en ésteres más en los catalizadores ácidos sólidos
la viscosidad elevada de los triacilgli- metílicos, mediante el fotocatalizador de (por ejemplo: el ZrO (Dehkordi and
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ceroles es un obstáculo significativo y Cr/SiO (Corro et al., 2017). Por lo tan- Ghasemi, 2012), el SnO (Lam et al.,
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estresante en el proceso de obtención to, las reacciones de transesterificación 2009), TiO (de Almeida et al., 2008),
2
del biodiesel a partir de WCO (Shahid fotocatalíticas exhiben un gran potencial y el ZnO (Yan et al., 2009), etc.) que
and Jamal, 2011). Por lo tanto, la con- para la producción de biodiesel, pero la en los ácidos líquidos (Jacobson et al.,
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