Gracias por visitar nature.com.Está utilizando una versión de navegador con soporte limitado para CSS.Para obtener la mejor experiencia, le recomendamos que utilice un navegador más actualizado (o desactive el modo de compatibilidad en Internet Explorer).Mientras tanto, para garantizar un soporte continuo, mostramos el sitio sin estilos ni JavaScript.Control deslizante con tres artículos mostrados por diapositiva.Use los botones Anterior y Siguiente para navegar por las diapositivas o los botones del controlador de diapositivas al final para navegar por cada diapositiva.Rhithuparna Devasan, Joseph VL Ruatpuia, … Samuel Lalthazuala RokhumTaiebeh Tamoradi, Ali Reza Kiasat, … Bikash KarmakarTadesse Anbessie Degfie, Tadios Tesfaye Mamo y Yedilfana Setarge MekonnenR. El-Araby, MA Ibrahim, … EH IsmailYeshimebet Simeon Erchamo, Tadios Tesfaye Mamo, … Yedilfana Setarge MekonnenMA Ibrahim, R. El-Araby, … EH IsmailNurul Jannah Abd Rahman, Anita Ramli, … Yoshimitsu UemuraAasma Saeed, Muhammad Asif Hanif, … Rashad Waseem Khan QadriGaurav Yadav, Nidhi Yadav y Md. AhmaruzzamanScientific Reports volumen 13, Número de artículo: 4430 (2023) Citar este artículoEl biodiesel es uno de los combustibles alternativos, comúnmente producido químicamente a partir de petróleo y metanol utilizando un catalizador.Este estudio tiene como objetivo maximizar la producción de biodiesel a partir de fuentes baratas y fácilmente disponibles de aceite de cocina usado (WCO) y catalizador de óxido de calcio dopado con zinc (Zn-CaO) a base de cal preparado con un proceso de impregnación húmeda.El nanocatalizador Zn-CaO se produjo agregando un 5 % de Zn a la caliza calcinada.La morfología, el tamaño del cristal y las energías vibratorias de los nanocatalizadores de CaO y Zn-CaO se determinaron mediante técnicas de espectroscopia SEM, XRD y FT-IR, respectivamente.La metodología de superficie de respuesta (RSM), que se basa en el diseño de caja-Behnken, se utilizó para optimizar las variables clave de la reacción de transesterificación.Los resultados mostraron que cuando el Zn se dopó a CaO basado en cal, el tamaño cristalino promedio se redujo de 21.14 a 12.51 nm, en consecuencia, aumentó la irregularidad estructural y el área superficial.Los parámetros experimentales de metanol a relación molar de aceite (14:1), carga de catalizador (5 % en peso), temperatura (57,5 °C) y tiempo de reacción (120 min) llevaron a la conversión de biodiésel más alta de 96,5 %.Las características del combustible del biodiesel generado cumplieron con los estándares de combustible estadounidenses (ASTM D6571).El estudio sugiere el uso potencial de WCO y catalizadores a base de cal como materias primas eficientes y de bajo costo para la producción de biodiesel a gran escala destinada a aplicaciones versátiles.La energía es hoy un componente vital del desarrollo económico a largo plazo y del mantenimiento de una buena calidad de vida para la humanidad.Aunque los combustibles fósiles contribuyen significativamente a la demanda mundial de energía, no son renovables y sus precios son inestables.Además, el uso de combustibles fósiles conduce a la liberación de gases de efecto invernadero (GEI), que son responsables del empeoramiento de los problemas ambientales más graves del mundo1,2,3,4,5,6,7.Se prevé que las emisiones de dióxido de carbono (CO2) aumenten a 40 mil millones de kg para 2030. Si la temperatura global promedio aumenta más de 2 °C en comparación con la era preindustrial, hasta un millón de especies y cientos de millones de personas podría estar en peligro de extinción8.El interés en impulsar las fuentes de energía renovable ha aumentado como reacción al agotamiento del suministro de combustibles fósiles y la comprensión de que las crecientes emisiones de CO2 empeoran el cambio climático4,9,10.La producción sostenible de biocombustibles es una estrategia importante para detener el calentamiento global, proteger la biodiversidad, impulsar las economías locales, particularmente en las naciones pobres, y garantizar la seguridad energética en todo el mundo2,3.Los combustibles renovables y limpios derivados de materias primas bioenergéticas pueden ayudar a reducir la pobreza mundial, mejorar la seguridad alimentaria, acelerar el desarrollo económico y disminuir las emisiones de GEI11,12.Sin embargo, es crucial evaluar las ventajas reales del uso de biocombustibles sobre las fuentes de energía convencionales utilizando herramientas prácticas, científicas y sólidas13,14,15,16.Según Astrup et al.17, la evaluación del ciclo de vida (ACV) ha sido identificada como un método de evaluación exhaustivo para evaluar los impactos ambientales de toda la cadena de producción de biodiesel.Hoy en día, el biodiesel está recibiendo mucho interés debido a su alta biodegradabilidad y baja toxicidad18,19,20,21.Puede reemplazar los combustibles fósiles en muchas aplicaciones, como los motores de combustión interna y el transporte, sin necesidad de modificaciones importantes.Además, se cree que el rendimiento no ha cambiado mucho y que casi no libera sulfatos, compuestos aromáticos u otros productos químicos peligrosos.Al considerar el ciclo de vida completo, las emisiones de CO2 son mínimas y parecen aumentar considerablemente el potencial económico de las zonas rurales8.El biodiesel generalmente se genera mediante la transesterificación de recursos renovables como grasas animales o aceites vegetales utilizando metanol con un catalizador apropiado.Aunque el biodiésel tiene numerosos beneficios en comparación con el combustible diésel tradicional, no ha tenido éxito comercial en muchos países, como Etiopía, debido a la escasez de materia prima adecuada.Dado que plantea conflictos entre alimentos y combustibles, el uso de grasas animales y aceites comestibles en la generación de biodiesel ha suscitado críticas.Como resultado, para su producción, la materia prima basada en alimentos debe ser reemplazada por materia prima no comestible de baja calidad22,23.En general, la evaluación del ciclo de vida al convertir biomasa en biocombustible como biodiesel es un proceso complejo que requiere una cuidadosa consideración13,14,15,16.Al comienzo del proceso, es crucial evaluar los efectos ambientales de los recursos utilizados para fabricar biodiesel y los costos asociados con la recolección, el transporte y el pretratamiento de WCO, así como los costos en los que se incurre durante el proceso de transesterificación.Es necesario tener en cuenta otros elementos, como la eficiencia de conversión de biomasa, la contaminación del aire debido a las emisiones de gases de la combustión y los impactos en el medio ambiente y la salud.Además, se deben considerar aspectos como el consumo de agua, la conversión de residuos en energía y la gestión de residuos.Si bien los rendimientos más altos suelen ser deseables para la producción de biodiesel, esto no debería hacerse a expensas de un mayor impacto ambiental si existen alternativas que logren rendimientos similares con un impacto ambiental menor.Otro factor clave en la evaluación es la huella de carbono de todo el proceso, que debe tener en cuenta todas las entradas y salidas de carbono asociadas en comparación con los combustibles fósiles tradicionales13,14,15,16.El alto costo de las materias primas utilizadas en la síntesis de biodiesel es la principal barrera para su competitividad en el mercado y viabilidad comercial24.El biodiesel es más caro que la gasolina-diesel.Para abordar este problema, es esencial trabajar en materias primas y catalizadores alternativos y menos costosos.La generación de biodiésel a partir de residuos, como los catalizadores WCO y CaO derivados de la caliza, es una opción viable para producir materiales baratos y respetuosos con el medio ambiente.El WCO recolectado de la cocina doméstica o de cafés y restaurantes puede usarse como una alternativa viable para el aceite vegetal y las grasas animales porque puede reducir los precios totales de generación de biodiesel y al mismo tiempo abordar los problemas de eliminación de WCO de manera eficiente25.Los catalizadores heterogéneos han atraído mucho interés para su uso en la producción de biodiesel debido a su asequibilidad, reutilización, simplicidad de separación del catalizador, corrosividad reducida y bajo impacto ambiental26.Los materiales de desecho que contienen carbonato de calcio, como conchas de moluscos, cáscaras de huevo, piedra caliza, huesos de cabra y otros, pueden usarse para sintetizar CaO27,28.CaO ha ganado recientemente una atención significativa y se informa con frecuencia en la literatura entre los catalizadores heterogéneos debido a su asequibilidad, no toxicidad y facilidad de disponibilidad29.Sin embargo, el catalizador de CaO que estaba en el mercado tiene importantes inconvenientes frente al proceso de transesterificación, como la sensibilidad a la humedad y una menor actividad30.Si bien se informó que el CaO modificado era más activo, era inestable y lixiviaba Ca y/o especies activas en el medio de reacción.ZnO es un catalizador heterogéneo de óxido de metal de transición común estudiado para el proceso de transesterificación28.La principal desventaja de las reacciones de transesterificación catalizadas por ZnO es la conversión incompleta del sustrato en ésteres metílicos de ácidos grasos (FAME) (96,5 %), aunque a altas temperaturas de reacción.Se ha informado que la impregnación con K, Li o Sr mejora la actividad de ZnO31.Utilizando un catalizador de Li/ZnO y una relación molar de metanol a aceite de 20:1, se logró una conversión óptima (96,3 %) de aceite de soja en ésteres metílicos correspondientes en 3 h.Sin embargo, se ha demostrado que se desactiva incluso después de catalizar el primer ciclo de reacción debido a la lixiviación de Li desde el soporte de ZnO32.Otro autor describió la técnica de coprecipitación para producir CaO-ZnO alterando la relación atómica Ca/Zn entre 0,25 y 7,5% (peso)33.Luego de ser enjuagado con una solución de NH4OH/CH3OH, el CaO-ZnO fue reutilizado hasta tres veces como catalizador (heterogéneo) para la transesterificación del aceite de palmiste, obteniéndose concentraciones de éster metílico del 90%34.El papel que juega el zinc en la producción de biodiesel es la distinción principal entre los catalizadores ZnO-CaO y Zn-CaO.En un catalizador de ZnO-CaO, el Zn funciona como un ácido para ayudar en la transesterificación, mientras que en un catalizador de Zn-CaO, el Zn actúa como un álcali para ayudar a catalizar la reacción de transesterificación.En general, las reacciones de transesterificación con catalizadores de Zn-CaO pueden generar rendimientos relativamente altos de biodiésel, pero requieren tiempos de reacción más prolongados que los catalizadores de ZnO-CaO.Además, el biodiésel producido utilizando ZnO-CaO como catalizador mostró una conversión incompleta (96,5 %), sufre lixiviación de iones metálicos o necesita una alta relación molar metanol/aceite y altas temperaturas para lograr un rendimiento suficiente de FAME35.Hasta donde sabemos, existe un trabajo publicado limitado que trata con catalizadores heterogéneos producidos a partir de CaO dopado con Zn que se emplea para la transesterificación de triglicéridos.Se necesita más investigación para encontrar materias primas y catalizadores de bajo costo, a largo plazo y eficientes para una generación de biodiesel más práctica.Por lo tanto, el objetivo principal de esta investigación es mejorar la producción de biodiesel a partir de materias primas de WCO mediante el empleo de CaO derivado de piedra caliza y nanopartículas de CaO dopadas con Zn y optimizando los principales parámetros de la reacción de transesterificación.Los objetivos principales de este estudio fueron (1) preparar nanocatalizadores de CaO a partir de piedra caliza por calcinación y aumentar su actividad catalítica utilizando la técnica de dopaje de zinc a través del método de impregnación húmeda (2) caracterizar los nanocatalizadores de CaO y Zn-CaO utilizando técnicas SEM, XRD y FTIR ( 3) producir biodiesel a partir de WCO utilizando metanol e investigar el efecto de los parámetros de la reacción de transesterificación, como la temperatura, el tiempo de reacción, la carga del catalizador y la relación molar de metanol a aceite utilizando la metodología de superficie de respuesta, y (4) examinar la prueba de características del combustible de biodiésel producido.Obtuvimos aceite de girasol usado para cocinar de los residentes de Addis Abeba que se había utilizado para freír alimentos.Se utilizaron métodos de filtración y deshidratación en el pretratamiento de WCO para obtener la eliminación de impurezas.Se utilizó filtración para eliminar las partículas de alimentos del aceite, y luego se eliminó el agua presente en la WCO calentando el aceite a 110 °C22.Se utilizaron procedimientos estándar para medir las características fisicoquímicas clave de WCO, incluida la densidad, la viscosidad cinemática, el contenido de cenizas, el peso molecular, el ácido, la saponificación y el valor de ácidos grasos libres (FFA). Los resultados se presentan en la Tabla 2.La piedra caliza recolectada se lavó primero repetidamente con agua destilada para eliminar cualquier contaminante.Posteriormente, se secó durante la noche en una estufa a 120 °C.A continuación, la piedra caliza se pulverizó utilizando una máquina trituradora y se pasó a través de un tamiz de malla de 63 µm.Por último, la cal en polvo se calcinó a 900 °C durante 3 h antes de ser almacenada en un desecador para su uso posterior.Se utilizó impregnación húmeda para sintetizar un nanocatalizador de CaO dopado con Zn, que luego se disolvió en agua bidestilada durante 4 h28.A esto se le añadió una solución acuosa de sulfato de zinc deshidratado a la concentración requerida y se agitó continuamente durante 6 h.El aumento de la concentración de Zn puede aumentar el rendimiento de conversión de biodiesel;sin embargo, debe hacerse con cuidado ya que una concentración demasiado alta podría reducir el tiempo de reacción y los rendimientos.Por tanto, la concentración de sulfato de zinc deshidratado se obtuvo a una concentración de Zn2+ del 5% en el CaO, que era la concentración ideal para la producción de biodiesel36.A continuación, la suspensión resultante se filtró y se secó durante 6 h en un horno a 120 °C.A continuación, la muestra seca se activó mediante calcinación durante 3 ha 800 °C y los catalizadores generados se identificaron como Zn-CaO al 5 % (en peso).La estructura cristalina y el tamaño de dos muestras diferentes de CaO se examinaron mediante XRD, una sintetizada calcinando piedra caliza a 900 °C y la otra mejorada mediante el método de impregnación húmeda con dopaje de zinc calcinado a 800 °C.La calcinación a temperaturas más altas puede provocar la sinterización, que se produce cuando las partículas de un material se fusionan o se calientan juntas para formar granos más grandes.Este proceso puede reducir el área superficial del catalizador, ya que se pierden poros y caminos más pequeños debido a la disminución del tamaño y volumen de las partículas.La sinterización también provoca un aumento de la densidad, lo que generalmente reduce la actividad catalítica del catalizador debido a la menor disponibilidad de sitios activos, lo que dificulta el acceso por difusión de los reactivos.Como resultado, se debe elegir la temperatura óptima.Con base en la literatura disponible, se emplearon temperaturas de calcinación de 900 °C y 800 °C para CaO y Zn-CaO, respectivamente18,19,20.Los patrones XRD de las muestras se tomaron con un difractómetro que emplea radiación CuKα filtrada con Ni a λ = 0,154 nm en el rango de 2 theta 10–60°.Los espectros FTIR se recopilaron con un espectrómetro PerkinElmer para detectar cambios en los grupos funcionales y se tomaron imágenes SEM con el instrumento FEI INSPECT 50 para evaluar la morfología de los nanocatalizadores deseados.Se usó el software de origen para analizar los resultados de XRD y se usó la ecuación de Debye Scherrer (D = Kλ/β cos θ) para determinar el tamaño medio de los cristales del catalizador.La transesterificación se realizó en un matraz de fondo redondo de 500 ml con tres bocas y agitador magnético.La temperatura de reacción se controla mediante un termómetro en el cuello lateral, mientras que el cuello central se usa para ingresar a un condensador enfriado por agua.Se tomó WCO y se colocó en un matraz de tres bocas precalentado a 50 °C para la reacción.Después de disolver el catalizador en la cantidad requerida de metanol precalentado, se añadió la solución de metóxido de calcio al aceite precalentado.Luego se repitió el proceso de transesterificación para lograr el mayor rendimiento de biodiésel posible mediante el ajuste de los parámetros operativos, como la carga del catalizador, la relación molar de alcohol a aceite, el tiempo de reacción y la temperatura.Se utilizó centrifugación para aislar el catalizador sólido una vez completada la reacción.A continuación, el producto final se calentó para eliminar el metanol restante antes de sedimentarlo en un embudo de decantación.Los ésteres metílicos de ácidos grasos (biodiesel) constituyen la fase superior, el glicerol (un subproducto) constituye la fase intermedia y un catalizador constituye la fase inferior.La siguiente ecuación se utilizó para determinar el rendimiento de biodiesel.La capa de glicerol y biodiésel por encima del catalizador se vertió luego en otro embudo de separación, quedando el catalizador en el fondo.Después de dos horas, las capas de glicerol y biodiesel pudieron diferenciarse nuevamente.Luego se abrió la perilla del embudo de separación y se recogió biodiesel de glicerol en el matraz.Se utilizó el software estadístico Minitab (Versión 10.0.6, Stat-EaseInc., MN, EE. UU.) y RSM basado en el diseño Box-Behnken (BBD) para examinar la maximización de los parámetros operativos en la reacción de transesterificación.Para maximizar la conversión de biodiésel (Y), cuatro variables independientes, incluida la relación de metanol a aceite (g/g), el tiempo de reacción (min), la temperatura (°C) y la carga del catalizador (% en peso) en tres niveles (−1, 0, 1), fueron examinados.La relación de metanol a aceite, el tiempo de reacción, la temperatura y la carga de catalizador se indican, respectivamente, con las letras A, B, C y D. La Tabla 1 muestra el rango y los valores de cada variable independiente utilizada en esta investigación.La configuración experimental incluye 27 ejecuciones, que se calculan mediante la fórmula: 2n + 2n + nc, donde n representa el número total de variables independientes (n = 4), 2n representa el número de puntos axiales, 2n representa el número de puntos factoriales , y nc representa el número de puntos centrales replicados37.Como resultado, el software desarrollado para esta investigación incluye tres puntos centrales con un bloque, ocho puntos axiales y seis puntos factoriales.Se utilizó el software MINITAB para analizar los resultados experimentales en RSM.Se diseñó un modelo matemático para determinar la relación funcional entre la respuesta y las variables independientes.Se emplea una ecuación polinomial de segundo orden en el modelo matemático (ecuación (2)) para explicar la influencia de las variables en términos lineales, cuadráticos y de interacción38.donde Y denota la variable de respuesta, la intersección, el coeficiente lineal, el efecto de interacción y los coeficientes cuadráticos se denotan por b0, bi, bij y bii, respectivamente, y el error aleatorio por e.Esta ecuación representa la relación empírica entre la salida y el parámetro independiente según se obtiene mediante el modelado RSM de Box-Behnken.La validez estadística del modelo sugerido y los términos del modelo se evaluó mediante ANOVA.Los coeficientes de determinación (R2) se emplearon para evaluar la calidad del modelo.Se utilizó el valor P y un nivel de confianza del 95 % para evaluar la importancia de los términos del modelo.Para evaluar la relación entre las variables independientes y sus respuestas, se desarrollaron gráficos de contorno y de superficie.Las principales propiedades fisicoquímicas de WCO, incluida la densidad, el índice de acidez, el índice de ácidos grasos libres, el índice de saponificación, la viscosidad cinemática y el peso molecular, se midieron después de la filtración y la deshidratación.Los resultados de las propiedades fisicoquímicas se muestran en la Tabla 2.La figura 1 muestra el patrón XRD para CaO formado al calcinar piedra caliza a una temperatura de 900 °C que muestra picos pronunciados en 2-theta (2θ) de 17,86°, 29,12°, 34,24°, 48,48° y 51,64°.Se observaron valores de pico 2θ de alta intensidad similares para Zn-CaO sintetizado por calcinación a 900 °C seguido de impregnación húmeda a 30,31 °, 34,36 °, 38,1 °, 48,88 ° y 54,72 °.Los resultados de XRD concuerdan bien con un informe anterior sobre polvo de CaO derivado de piedra caliza29.Los picos agudos observados en el patrón XRD indican la síntesis de nanocatalizadores cristalinos.Se empleó la ecuación de Debye Scherrer para determinar el tamaño medio de los cristalitos usando análisis de ancho de pico XRD.En consecuencia, se encontró que el tamaño promedio de los cristalitos de las nanopartículas de CaO a base de cal antes y después del dopaje con zinc era de 21,14 nm y 12,51 nm, respectivamente.Por lo tanto, el último catalizador, Zn-CaO, tiene un tamaño de partícula promedio más pequeño, lo que mejora el área superficial y, por lo tanto, mejora el rendimiento catalítico de la reacción de transesterificación.La causa principal de la reducción en el tamaño de los cristalitos son las impurezas extrañas de Zn2+, que perturban la red de CaO huésped.Los resultados XRD de CaO prístino a base de cal y CaO dopado con Zn (5% en peso) nanocatalizador.La Figura 2 muestra los espectros IR del CaO prístino a base de cal y el nanocatalizador de CaO dopado con Zn.La banda de absorción aguda sat 3643 cm−1 surge debido al modo de estiramiento del grupo OH unido a los iones metálicos, lo que indica la existencia de una pequeña cantidad de agua absorbida por el nanocatalizador CaO (Fig. 2a) y este pico resulta ser muy débil en las nanopartículas de Zn-CaO (Fig. 2b).Se observaron bandas de alta energía en 1465, 1414, 1059, 870 y 552 cm−1 para el nanocatalizador de CaO, mientras que el dopaje de Zn en el CaO cambia los picos característicos a 1457, 1412, 1207, 1030, 606 y 562 cm−1 .Para Zn-CaO, un pico débil en 1988–2079 cm−1 está asociado con el enlace C=O de carbonato.La banda ancha de 1400–1550 cm−1 se puede asociar con la vibración de estiramiento asimétrica de (C–O) relacionada con la carbonatación de CaO.El modo de estiramiento característico de Ca-O se asigna a la banda significativa sat 552 cm-1 y este pico finalmente se divide en dos bandas de mayor número de onda, 562 y 606 cm-1, debido a las vibraciones de Zn-O (que reemplazan algunas de los enlaces Ca-O) y los modos de vibración fuera de un plano y dentro del plano de (C-O) relacionados con la carbonatación.En general, los datos de FTIR muestran que el dopaje con zinc en CaO a base de cal facilita la liberación de carbonato metálico y la formación de Zn-CaO con picos más amplios e intensos tras la adición de Zn.Espectro FTIR del patrón de piedra caliza de (a) CaO y (b) nanocatalizador de CaO dopado con Zn.El SEM se empleó para determinar la morfología del polvo de CaO a base de piedra caliza antes y después del dopaje con Zn.Se tomaron micrografías con aumentos de 10 y 5 µm.Como se muestra en la Fig. 3, el nanocatalizador de CaO dopado con Zn calcinado a 900 °C durante 3 h exhibió una superficie de grano más grande en comparación con el CaO no dopado.De acuerdo con las imágenes SEM, la cal CaO dopada con Zn generalmente tiene partículas de forma irregular, una estructura porosa y una gran cantidad de sitios activos.En otras palabras, las partículas variaron en tamaño, distribución y forma, lo que indica que el último nanocatalizador aseguró un área de superficie más alta para la reacción de transesterificación.El agrupamiento significativo del aditivo de Zn con el CaO durante la síntesis del catalizador y el calentamiento a alta temperatura puede ser responsable de la diferencia observada en forma y morfología35.Imágenes SEM de CaO a base de cal (A,B) y CaO a base de cal dopado con 5% de Zn (C,D) tomadas a 10 y 5 µm, respectivamente.El RSM se aplicó para optimizar las cuatro variables clave de transesterificación, a saber, la relación molar de metanol a aceite, la temperatura, la carga del catalizador y el tiempo de reacción en un total de 27 experimentos.La Tabla 3 muestra el diseño experimental, así como los valores de contenido de FAME reales y previstos.A una temperatura de 57,5 ​​°C, una relación molar de metanol a aceite de 56,41 g/g, durante 120 min y con una carga de catalizador del 5 % (peso) se obtuvo la mayor producción de FAME.Sin embargo, el rendimiento de FAME más bajo se logró con una relación de metanol a aceite de 24,18 g/g, 120 min de tiempo de reacción, temperatura de 57,5 ​​°C y carga de catalizador del 1 % (en peso).Para predecir el rendimiento de FAME, los datos obtenidos de los experimentos se sometieron a varios análisis de regresión no lineal, que produjeron un modelo cuadrático (ecuación (3)).donde Y se refiere a las respuestas previstas y las letras A, B, C y D representan los valores de código dados para las variables de prueba metanol a aceite, temperatura, tiempo de reacción y carga de catalizador, respectivamente.AB, AC, AC, BC, BD y CD se refieren a los términos de interacción, mientras que A2, B2, C2 y D2 son los términos cuadráticos.Un parámetro positivo en una ecuación de regresión indica un impacto sinérgico en el que el resultado crece a medida que aumenta la entrada de variables independientes.Un signo negativo, por otro lado, implica un efecto de contraste en el que la respuesta aumenta con la disminución de los factores de entrada43.Los resultados de ANOVA se muestran en la Tabla 4. El valor F de 94,37 muestra que el modelo es muy relevante y los términos del modelo son significativos cuando el valor "Prob > F" es inferior a 0,05.Según Anwar (2018), los coeficientes más significativos tienen un valor F más alto y un valor P más bajo36.La conversión de biodiésel se vio gravemente afectada (P < 0,05) por tres términos lineales (A, B y D), cinco términos interactivos (AB, AC, AD, BD y CD) y un término cuadrático (A2), mientras que los otros términos del modelo no tuvieron efecto significativo (P > 0.05) sobre la producción de biodiesel.Los valores F y P para la falta de ajuste fueron 132,84 y 0,211, respectivamente, lo que indica que la falta de ajuste no fue estadísticamente significativa en comparación con el error puro.El ajuste del modelo fue adecuado (Vasaki et al.47).Los coeficientes de determinación (valores R2) se utilizan para evaluar la bondad de ajuste del modelo cuadrático44.Los valores obtenidos para el R2 previsto, el coeficiente de correlación R2 y el R2 ajustado fueron 0,9539, 0,9763 y 0,9754, respectivamente.Cuanto mayor sea el valor de R2, mayor será la confiabilidad del modelo para predecir la conversión de biodiesel45;el R2 ajustado evaluó la cantidad de varianza alrededor de una media descrita por el modelo46.De acuerdo con el valor R2 de este estudio, el modelo cuadrático representó el 97,63% de la variabilidad en la producción de biodiesel.El alto valor de R2 ajustado implicaba una buena concordancia entre los valores de rendimiento de biodiesel observados y previstos, lo que sugiere que la ecuación del modelo cuadrático previsto produce resultados buenos y precisos.Además, un alto nivel de acuerdo se indica por el hecho de que la diferencia entre el R2 proyectado y ajustado es demasiado pequeña47.Los niveles de producción de biodiesel observados y pronosticados están altamente correlacionados, como lo indican los valores de R2 y R2 ajustados cercanos a uno.De manera similar, el bajo coeficiente de varianza del modelo (2,05%) sugirió que los datos experimentales eran precisos y confiables48.Como resultado, el modelo propuesto predijo la producción de biodiesel a través de una amplia gama de parámetros experimentales.La idoneidad del modelo propuesto se evaluó aún más mediante gráficos de diagnóstico como gráficos de probabilidad predicha frente a real y normal (Fig. 4)49.La figura 4b representa un gráfico del valor de conversión de biodiésel previsto frente al real.Se reveló que los resultados estaban más cerca de una línea recta, lo que implica que los resultados previstos generados por el modelo diseñado se correspondían satisfactoriamente con los resultados experimentales.En la Fig. 4a se muestra una gráfica de probabilidad normal de los residuos para la conversión de biodiesel, lo que demuestra que los errores se distribuyeron normalmente en línea recta.Esto implica que los residuos de conversión de biodiesel siguieron una distribución típica50.(a) Gráfica de probabilidad normal (la respuesta es FAME experimental) y (b) Gráfica de conversión de FAME real frente a predicha.Se utilizaron gráficos de contorno 2D para examinar el efecto concurrente de los factores independientes en la producción de biodiesel.Se utilizó la ecuación del modelo cuadrático para crear estos gráficos con el fin de comprender cómo las variables del proceso afectan la conversión de biodiesel.Los gráficos muestran cómo interactúan dos variables mientras se mantienen las otras dos constantes o fijas.Se utilizaron para obtener la mejor condición posible para cada variable independiente para maximizar la conversión de biodiesel.Las Figuras 5, 6, 7, 8, 9 y 10 ilustran un diagrama de contorno de las interacciones de la proporción de metanol a aceite, la temperatura, el tiempo de reacción y la cantidad de catalizador en el proceso de producción de biodiesel.La Figura 5 muestra el impacto de la proporción de metanol a aceite y el tiempo de reacción en la producción de biodiesel a temperatura y cantidad de catalizador constantes.La proporción de metanol a aceite y el tiempo de reacción afectan la cantidad de biodiesel que se convierte, pero el incremento que resulta de un aumento en el tiempo de reacción es menos perceptible, como lo indica la pendiente lineal.La conversión, por otra parte, aumenta bruscamente al aumentar la proporción de metanol a aceite de 51,65 a 92,78 % de rendimiento en el rango de 24,18 de relación de metanol con respecto a 60 min de tiempo de reacción a 56,41 de metanol a relación de aceite con respecto a 180 min de tiempo de reacción ( figura 5).El parámetro más significativo en este modelo es la relación metanol-aceite.Dado que la transesterificación es una reacción reversible, se necesita suficiente metanol para impulsar el proceso hacia el producto final, el biodiésel22.La conversión óptima de biodiésel del 96,65 % se obtuvo con un nanocatalizador de 5-Zn-CaO en condiciones de reacción óptimas, una relación molar de metanol a aceite de 14:1, una temperatura de 57,5 ​​°C, una carga de catalizador del 5 % (en peso) y una reacción tiempo de 120 min.Gráfico de contorno de fama experimental frente a metanol en aceite (A), Tiempo (B).Diagrama de contorno fama experimental vs. (A) Metanol a aceite (C) Temperatura.Gráfico de contorno de FAME experimental frente a (A) Metanol/aceite (D) Catalizador.Diagrama de contorno fama experimental vs. (B) Tiempo (C) Temperatura.Gráfico de contorno de FAME experimental frente a (B) Tiempo (D) Catalizador.Gráfico de contorno de FAME experimental frente a (C) Temperatura (D) Catalizador.La figura 6 muestra el gráfico de alta costura de la influencia combinada de la temperatura de reacción y la proporción de metanol a aceite.La temperatura tiene un impacto significativo en la velocidad de reacción, lo que da como resultado una mayor conversión de éster.Los rendimientos de biodiesel aumentan drásticamente, pasando del 50 al 94,6 %, cuando la temperatura de reacción aumenta de 50 a 65 °C y la relación molar de metanol a aceite aumenta de 24,18 a 56,46.Debido a la condición subcrítica del metanol a bajas temperaturas, se observa una conversión relativamente baja a éster metílico.El metanol se evapora a temperaturas superiores a su punto de ebullición, reduciendo la producción36.Además, la relación metanol-aceite tuvo un gran impacto en el rendimiento, lo que redujo sustancialmente el alto valor de aquellos.El grupo OH en el alcohol interactúa con los triglicéridos para desencadenar la hidrólisis y la producción de jabón a medida que aumenta la proporción molar de metanol a aceite.La interacción de estos factores es relevante ya que la variación de temperatura óptima de la relación metanol-aceite influye significativamente en el rendimiento de la reacción25.La Figura 7 muestra cómo la carga del catalizador y la proporción de metanol a aceite interactúan para afectar el rendimiento de biodiesel a temperatura y tiempo de reacción constantes.El gráfico ilustra claramente que tanto la carga del catalizador como la proporción de metanol a aceite impulsan la conversión de la producción de biodiésel.La proporción de metanol a aceite, sin embargo, es la variable más importante en este caso, como lo demuestra el enorme aumento en la conversión con el aumento de la proporción de metanol a aceite de 38 a 96,65 %, rendimiento en el rango de 24,18 de relación de metanol a aceite con respecto a 1% (peso) hasta 56,41 metanol a relación de aceite con respecto al 5% (peso) de catalizadores, respectivamente.Esto podría deberse a que el aumento del contenido de metanol desplaza la balanza hacia el lado del producto, promoviendo la producción de biodiesel51.La concentración de catalizador mejoró la producción de biodiesel, pero el aumento de la proporción de metanol a aceite por encima del nivel óptimo redujo el rendimiento de biodiesel52.El diagrama de alta costura de la influencia emparejada de la temperatura y el tiempo se muestra en la Fig. 8. Se ha encontrado que la conversión de biodiesel aumenta con el tiempo de reacción, lo que se debe al aumento de la temperatura de reacción al punto de ebullición del alcohol.Sin embargo, el aumento de la temperatura de reacción podría inducir la pérdida de metanol y, como resultado, ralentizar el proceso, lo que daría lugar a un aumento de los FFA del aceite esterificado, y se tuvo en cuenta una razón comparable36.La interacción entre los reactivos aumenta con el aumento del tiempo y la temperatura, lo que da como resultado un aumento en la conversión del 75 al 87,61 % en el rango de temperatura de reacción de 50 °C frente a un tiempo de reacción de 60 min hasta una temperatura de reacción de 65 °C frente a un tiempo de reacción de 180 min (Fig. . 8).Varios estudios anteriores muestran que la temperatura ideal para la metanólisis del aceite es de 65 °C, que es el punto de ebullición del metanol a presión atmosférica.Temperaturas más altas que las óptimas no reducen el tiempo de respuesta ni mejoran la tasa de conversión28.La producción de biodiésel se reduce cuando la temperatura de reacción supera el punto de ebullición del metanol porque comienza a evaporarse53.La Figura 9 muestra cómo interactúan la carga del catalizador y el tiempo de reacción durante la conversión de biodiésel.Todos los datos generados o analizados durante este estudio se incluyen en este artículo publicado.Biotecnología.Artículo PubMed PubMed Central Google AcadémicoIng. CogentecienciaAfr.cienciaAfr.Renovar.Sostener.cienciaIng. CogenteRenovar.Sostener.Renovar.Convertidores de energía.AdministrarProceso de combustible.TecnologíaGestión de residuoscienciaaplicaciónBioquímicaBiotecnología.cienciacienciaAfr.Biorrecursos.TecnologíaJ. Chem.J. física.Conf.Ser.útilReinar.Biorrecursos.TecnologíaJ. Anat.J. Limpio.Pinchar.Carbohidr.polim.En t.J. Chem.Res.En t.J. Mascota.cienciaTecnologíaNutriciónciencia de la comidaEn t.Artículo ADS PubMed PubMed Central Google ScholarEn t.J. min.cienciaTecnologíaRenovar.Carbohidr.polim.Carbohidr.polim.En t.J. Renovar.Res. de energíaConvertidores de energía.AdministrarEn t.Ing.Egipto.J. Mascota.J. Chem.Ing.Sostener.Pinchar.Limpio.Sistema de energíaArtículo ADS PubMed PubMed Central Google ScholarTambién puede buscar este autor en PubMed Google ScholarTambién puede buscar este autor en PubMed Google ScholarTambién puede buscar este autor en PubMed Google ScholarTambién puede buscar este autor en PubMed Google ScholarTodos los autores revisaron el manuscrito.Los autores declaran no tener conflictos de intereses.Springer Nature se mantiene neutral con respecto a los reclamos jurisdiccionales en mapas publicados y afiliaciones institucionales.Acceso abierto Este artículo tiene una licencia internacional Creative Commons Attribution 4.0, que permite el uso, el intercambio, la adaptación, la distribución y la reproducción en cualquier medio o formato, siempre que se otorgue el crédito correspondiente al autor o autores originales y a la fuente. proporcionar un enlace a la licencia Creative Commons e indicar si se realizaron cambios.Las imágenes u otro material de terceros en este artículo están incluidos en la licencia Creative Commons del artículo, a menos que se indique lo contrario en una línea de crédito al material.Si el material no está incluido en la licencia Creative Commons del artículo y su uso previsto no está permitido por la regulación legal o excede el uso permitido, deberá obtener el permiso directamente del titular de los derechos de autor.Para ver una copia de esta licencia, visite http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.Lo sentimos, un enlace para compartir no está disponible actualmente para este artículo.Proporcionado por la iniciativa de intercambio de contenido Springer Nature SharedItAl enviar un comentario, acepta cumplir con nuestros Términos y Pautas de la comunidad.Si encuentra algo abusivo o que no cumple con nuestros términos o pautas, márquelo como inapropiado.Informes científicos (Sci Rep) ISSN 2045-2322 (en línea)Regístrese para recibir el boletín informativo Nature Briefing: lo que importa en ciencia, gratis en su bandeja de entrada todos los días.