牛骨@白蚁粘土异质催化剂催化二元油脂制备生物柴油：可持续能源与废弃物资源化的绿色创新

《Biomass and Bioenergy》：Transesterifying binary oil blends into biodiesel over cow-bone@termite clay hetero-catalysts: Optimization, thermo-kinetics, cost analysis and E-Metrics

本文推荐一种由废弃牛骨和白蚁粘土构建的双功能酸碱异质催化剂（Tc-si/cb-CaO），用于二元油脂（幸运坚果油与废弃烹饪油1:1混合）转酯化制备生物柴油（BOME）。该催化剂实现了98.99%的收率，燃料性能符合ASTM标准，兼具废弃物资源化与绿色能源生产双重环境效益。研究涵盖催化剂表征（TGA/DTA、EDX、FTIR等）、动力学分析（Ea=63.30 kJ/mol）、成本（8.42美元/kg）及E-指标（原子经济性、E-因子等）评估，为生物柴油工业化提供可持续解决方案。

　　

Section snippets

Chemicals and materials required

白蚁粘土采集自尼日利亚联邦理工大学农场，废弃牛骨取自当地屠宰场。幸运坚果油与废弃烹饪油经过滤后用于转酯化实验。

TGA analysis

图3a展示了牛骨-二氧化硅混合物的热重分析（TGA）及其导数曲线（DTG），揭示了样品随温度变化的重量损失过程。TGA曲线显示三个明显的失重阶段：第一阶段（30°C至200°C）失重5-10%，归因于牛骨和白蚁粘土中物理吸附水分的蒸发；第二阶段（约200°C至600°C）失重主要源于有机物分解和碳酸钙（CaCO₃）转化为氧化钙（CaO）；第三阶段（600°C以上）重量稳定，表明催化剂骨架形成。

Physicochemical properties of BOME

BOME的燃料性能符合ASTM标准（表5）。二元油混合物的酸值为1.42 mg KOH/g，转酯后降至0.29，表明游离脂肪酸含量低，储存稳定性好。十六烷值为50.5，点火性能优异。

Analysis of kinematic and thermal properties

二元油体系的转酯化遵循准一级动力学（因甲醇过量），速率常数通过公式计算。活化能为63.30 kJ/mol，表明反应对温度敏感。

Evaluation of the present study over existing studies

Tc-si/cb-CaO催化生物柴油产率达98.99%，优于既往研究（如麻风树油基生物柴油的79.68%），且反应时间缩短至2小时，凸显其高效性。

Investigation of the recyclability and catalytic stability of Tc-si/cb-CaO

催化剂循环使用5次后活性仅下降约10%，归因于活性位点浸出和孔隙堵塞，但仍表现出良好稳定性。

Cost analysis of Tc-si/cb-CaO catalyst and BOME

催化剂合成总成本为8.42美元/kg，BOME生产成本约0.90美元/升，具备经济竞争力。

E-metrics study

绿色化学指标评估显示：原子经济性高，E-因子（环境因子）低，转化频率（TOF）优异，证实工艺可持续性。

Conclusion

本研究成功将废弃牛骨和白蚁粘土转化为高效酸碱异质催化剂，用于二元油脂制备生物柴油，产率达98.99%，燃料性能符合标准，为废弃物管理和绿色能源生产提供双赢策略。