《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Magnetically Recoverable Natural Magnetic Material/Mesoporous SiO
2-Supported CaO for Ultrasonic-Assisted Transesterification of Tripalmitin toward Biodiesel Production
编辑推荐：
•氧化钙催化剂已成功整合到介孔二氧化硅和天然磁性材料中，制备出 MM/SiO2/CaO。•含有 10% MM/SiO2 的氧化钙催化剂具有最高的比表面积和最丰富的碱性位点。•在最佳条件下（50 °C，30 分钟），MM/SiO2/CaO (10%) 在三棕榈酸甘油酯的酯交换反
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氧化钙催化剂已成功整合到介孔二氧化硅和天然磁性材料中，制备出 MM/SiO2/CaO。
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含有 10% MM/SiO2 的氧化钙催化剂具有最高的比表面积和最丰富的碱性位点。
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在最佳条件下（50 °C，30 分钟），MM/SiO2/CaO (10%) 在三棕榈酸甘油酯的酯交换反应中表现出优异的催化性能（收率 87.3%）。
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MM/SiO2/CaO 10% 催化剂在四个循环中保持了显著活性，显示出良好的稳定性。
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MM/SiO2/CaO 10% 是一种潜在的催化剂，为高效生产来自高分子量甘油三酯的生物柴油提供了一种可行的方法。
引言
由于人口增长、工业扩张和城市化，全球能源需求持续增长，而化石燃料仍然主导能源领域，特别是在交通领域 [1]。这种依赖导致了温室气体排放、环境退化和不可再生资源枯竭 [2]、[3]、[4]，从而推动了对可持续替代品的兴趣，例如生物柴油。生物柴油通常是脂肪酸甲酯或乙酯，是一种可再生、可生物降解且无毒的燃料 [5]，与现有柴油发动机兼容，使其成为传统柴油燃料的有前途的替代品 [5]。
在生物柴油生产路线中，植物油酯交换反应使用最为广泛，因为其效率高且简单 [6]、[7]。然而，该过程的绩效和可持续性强烈取决于所用的催化剂。均相催化剂，如 H2SO4、HCl、NaOH 和 KOH，存在若干缺点，包括分离困难、皂化、腐蚀和废水产生 [6]、[8]。相比之下，多相碱催化剂具有更容易回收、可重复使用以及在温和反应条件下具有更高催化活性的优势 [9]、[10]。
氧化钙 (CaO) 是最有吸引力的多相碱催化剂之一，因其强碱性、低成本以及可从石灰石 [11]、蜗牛壳 [12]、大理石废料 [11] 和蛋壳 [12] 等天然来源获取。然而，CaO 比表面积低 [13]、稳定性差 [14]，且在反应过程中会发生浸出 [14]，这限制了其实际适用性 [15]。将 CaO 负载于多孔材料上，如金属氧化物 [18]、氧化铝 [19]、二氧化硅 [20] 和活性炭 [21]，是提高分散性 [22]、稳定性 [22] 和活性位点可及性 [16] 的有效策略。
二氧化硅 (SiO2) 是一种广泛使用的催化剂载体，因其大比表面积、可调孔径结构和高热稳定性 [17]。特别是，孔径范围为 2 至 50 nm 的介孔二氧化硅，由于其高比表面积和强吸附能力，非常适合作为催化剂载体 [18]。介孔二氧化硅通常通过溶胶 - 凝胶法合成，其结构可通过使用模板材料如十六烷基三甲基溴化铵 (CTAB) 来控制 [17]。
一般来说，较小的固体催化剂颗粒表现出更高的催化效率，因为它们向反应物暴露了更多的活性位点并减少了质量扩散限制。然而，回收此类细颗粒通常很麻烦，需要耗时的过滤或离心，特别是对于植物油等高度粘稠的反应混合物。因此，这些常规分离方法对于细小的固体催化剂颗粒需要能量密集的过程 [22]。因此，除了催化性能之外，催化剂的易回收性对于固体碱催化剂在生物柴油生产中的实际应用至关重要。反应后，产品通过常规技术从固体催化剂中分离，如过滤或离心 [23]。磁性材料可以赋予固体催化剂磁性，使其能够仅通过施加外部磁场而轻松分离 [25]。来自铁矿的天然磁性材料已被引入固体催化剂中，并显示出在分离废催化剂方面的优势，只需使用外部磁铁即可 [26]。
基于此背景，我们报告了一种固体碱催化剂的开发，其中 CaO 被固定在一个磁性可分离的介孔二氧化硅载体上。该催化剂使用 XRD、FTIR、BET、SEM–STEM/EDX、XPS、CO2-TPD、TGA 和 VSM 分析进行了全面表征。此外，评估了其催化性能，用于三棕榈酸甘油酯酯交换成棕榈酸甲酯。三棕榈酸甘油酯是棕榈酸的甘油三酯，被选为代表模型化合物，因为棕榈油含有高比例的棕榈酸衍生的甘油三酯 (44%) [21]。尽管已有几项研究报告了三棕榈酸甘油酯的酯交换 [22]、[23]、[24]、[25]，但没有研究报告使用负载在磁性介孔二氧化硅上的 CaO 进行此反应。
章节摘要
材料
取自印度尼西亚日惹古隆普罗戈格拉哈海滩的铁沙样品用作天然磁性材料来源。石灰石来自印度尼西亚日惹古农吉杜尔蓬宗。其他材料均为商业试剂，包括氧化钙 (CaO, FUJIFILM Wako)、氢氧化钠 (NaOH; 99%, Merck)、盐酸 (HCl; 37%, Merck)、乙醇 (C2H5OH; 99.5%, FUJIFILM Wako)、氨水 (NH3; 25%, FUJIFILM Wako)、十六烷基三甲基溴化铵
催化性能评估
图 1 显示了具有不同 MM/SiO2 含量的 MM/SiO2/CaO 在三棕榈酸甘油酯与甲醇酯交换反应中的催化性能，以及未使用 CTAB 合成的 MM、CaO、MM/CaO、SiO2/CaO 和 MM/CaO/SiO2 的催化性能。在具有不同 MM/SiO2 含量的 MM/SiO2/CaO 中，10% MM/SiO2/CaO 表现出最高的收率 (74.64%)，其次是 20% MM/SiO2/CaO (71.59%) 和 30% MM/SiO2/CaO (41.45%)。10% MM/SiO2/CaO 和 20% MM/SiO2/CaO 之间的催化性能差异可以
结论
通过将 CaO 与介孔二氧化硅和天然磁性材料整合，成功开发了磁性可回收的 MM/SiO2/CaO 多相碱催化剂。结构和表面分析证实了 CaO 分散性的提高、介孔结构的保持、表面碱性的增加以及足够的磁性以促进轻松分离。优化后的 MM/SiO2/CaO 催化剂，含有 10% MM/SiO2，在超声辅助
CRediT 作者贡献声明
本手稿由所有作者共同贡献撰写。所有作者已批准手稿的最终版本。Rakhma Amalia Nurdina 进行了实验，解读了数据，并撰写了原始草稿。Yuichi Kamiya, Ryoichi Otomo, 和 Ryota Osuga 设计了实验，分析了数据，并审阅了手稿。Adhi Dwi Hatmanto, Didik Prasetyoko, Hartati Hartati, 和 Nuryono Nuryono 构思和评估了研究，并审阅和编辑了手稿。
CRediT 作者贡献声明
Hartati Hartati: 验证，监督，方法论，概念化。Didik Prasetyoko: 验证，监督，方法论，形式分析，概念化。Ryoichi Otomo: 验证，监督，方法论，形式分析。Adhi Dwi Hatmanto: 写作 – 审阅与编辑，验证，软件，形式分析。Ryota Osuga: 可视化，验证，监督，软件，调查。Yuichi Kamiya: 写作 – 审阅与编辑，验证，方法论，概念化。Rakhma
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，这些利益或关系可能影响了本文报告的工作。
致谢
本研究由印度尼西亚教育捐赠基金 (LPDP) 代表印度尼西亚高等教育、科学和技术部资助，并在 EQUITY 项目下管理 (合同编号：4301/B3/DT.03.08/2025 和 10107/UN1.P/Dit-Keu/HK.08.00/2025)。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，这些利益或关系可能影响了本文报告的工作。
Rakhma Amalia Nurdina|Yuichi Kamiya|Ryoichi Otomo|Ryota Osuga|Adhi Dwi Hatmanto|Didik Prasetyoko|Hartati Hartati|Nuryono Nuryono
