Optimization of microreactor-intensified transesterification reaction of sesame cake oil (sesame waste) for biodiesel production using magnetically immobilized lipase nano-biocatalyst

酯交换 生物柴油 响应面法 微型反应器 脂肪酶 生物柴油生产 甲醇 化学 核化学 材料科学 间歇式反应器 Plackett–伯曼设计 Box-Behnken设计 催化作用 色谱法 有机化学
作者
Ehsan Parandi,Mohammad Mousavi,Hossein Kiani,Hamid Rashidi Nodeh,Jinwoo Cho,Shahabaldin Rezania
出处
期刊:Energy Conversion and Management [Elsevier]
卷期号:295: 117616-117616 被引量:25
标识
DOI:10.1016/j.enconman.2023.117616
摘要

Enzyme-catalyzed transesterification to produce biodiesel is a time-consuming reaction. This study aimed to use a recoverable nanomagnetic immobilized enzyme and microreactor-intensified process to design a significantly rapid transesterification reaction. Immobilization of Candida Rugosa lipase (CRL) on GO-Fe3O4@TiO2 nanocomposite was optimized using response surface methodology-box–Behnken design (RSM-BBD). Results showed the highest immobilization efficiency of 92.73% at the optimum condition of CRL concentration of 2.59 mg/mL, time of 4.96 h, and temperature of 37.61 °C. Newly synthesized GO-Fe3O4@TiO2@CRL nano-biocatalyst (NBC) was characterized using FTIR, XRD, VSM, FE-SEM, EDX and elemental mapping. Immobilized CRL showed improved stability under different parameters, including pH, thermal, and methanol medium compared to free CRL. Freshly synthesized NBC was used in a microreactor to intensify the transesterification reaction of sesame cake oil to produce biodiesel. The RSM-BBD optimization of the transesterification reaction showed a maximum conversion rate of 97.03%, achieved at the NBC amount of 4.47 wt%, residence time of 13.29 min, and Me/oil molar ratio of 4.28. The generated biodiesel has all characteristics well within the ASTM D6751, demonstrating its good quality. The results of this study showed that using a microreactor could sufficiently intensify the transesterification reaction and reduce the reaction time using GO-Fe3O4@TiO2@CRL NBC.
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