木薯叶负载氢氧化钾催化剂的创新合成及其在废弃食用油制备生物柴油中的应用与表征研究

为解决化石燃料污染及生物柴油生产成本高的问题，研究人员开发了新型KOH浸渍木薯叶(KICCL)非均相催化剂，通过FT-IR、XRD等技术表征证实其高催化活性，在优化条件下实现92.9%生物柴油产率，为可持续能源生产提供经济环保解决方案。

　　

随着全球能源需求激增和化石燃料带来的环境问题日益严峻，生物柴油作为可再生替代品备受关注。然而传统均相催化剂存在腐蚀设备、难回收等问题，亟需开发高效环保的非均相催化剂。木薯叶作为农业废弃物富含钙、镁等金属元素，却长期被忽视其催化潜力。

来自埃塞俄比亚的研究团队在《Results in Chemistry》发表创新研究，首次将氢氧化钾(KOH)浸渍煅烧木薯叶(KICCL)开发为生物柴油催化剂。通过系统优化KOH负载量(10-50 wt%)和煅烧温度(400-900°C)，发现30 wt% KICCL在700°C煅烧2小时后展现最佳性能，其碱度达5.78 mmol HCl/g。

研究采用多尺度表征技术：傅里叶变换红外光谱(FT-IR)分析官能团变化，X射线衍射(XRD)确认CaO等活性晶体形成，Brunauer-Emmett-Teller(BET)测定比表面积(9.42 m²
/g)，热重分析(TGA)验证热稳定性。通过响应面法(RSM)优化反应参数，建立甲醇-油摩尔比(9:1)、催化剂负载量(3 wt%)、反应时间(2 h)的数学模型。

关键发现包括：

1. 催化剂合成：30 wt% KICCL的CaO含量达17.08 wt%，XRF显示其钙镁氧化物协同作用，SEM观察到KOH浸渍形成的致密孔隙结构。
2. 反应优化：在62°C、500 rpm条件下获得92.9 wt%生物柴油产率，¹
   H NMR检测纯度达97.4%，显著优于香蕉茎(58.9%)等生物质催化剂。
3. 燃料特性：产物符合ASTM D6751标准，酸值(0.45 mg KOH/g)和闪点(175°C)等参数优于规范要求，¹³
   C NMR证实甘油三酯有效转化为甲酯。
4. 稳定性测试：催化剂重复使用4次后仍保持72.2%产率，但K⁺
   浸出和孔隙堵塞导致活性逐渐下降。

该研究开创性地将木薯叶废弃物转化为高效催化剂，相比传统均相催化剂具有三大优势：避免设备腐蚀、简化分离流程、降低生产成本。特别值得注意的是，其最佳反应温度(62°C)显著低于燕麦壳催化剂(140°C)，体现了能源效率优势。虽然循环稳定性有待提升，但这项工作为发展中国家开发生物质催化剂提供了范例，兼具环境效益(废弃物利用)与经济价值(催化剂成本降低82%)，对推动可持续能源发展具有重要意义。