Investigation of enzymatic biodiesel production using ionic liquid as a co-solvent

Authors

  • Nicholas Ivan Ruzich,

    1. Faculty of Engineering, Department of Chemical and Biochemical Engineering, University of Western Ontario, London, Ontario, Canada N6A 5B9
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  • Amarjeet S. Bassi

    Corresponding author
    1. Faculty of Engineering, Department of Chemical and Biochemical Engineering, University of Western Ontario, London, Ontario, Canada N6A 5B9
    • Faculty of Engineering, Department of Chemical and Biochemical Engineering, University of Western Ontario, London, Ontario, Canada N6A 5B9.
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Abstract

In this study, the lipase catalysed esterification reaction for biodiesel production was investigated in the presence of the ionic liquid [BMIM][PF6]. Unlike regular organic solvents, many ionic liquids have no vapour pressure, and are therefore considered non-volatile. When used in systems with enzyme catalysts, ionic liquids may enhance their activity, selectivity, and stability. The use of an enzyme (lipase) as a catalyst, and the ionic liquid as a solvent/immobilization agent also represents an environmentally friendly, “green” technology. Methyl acetate was used as the acyl acceptor as opposed to the more commonly used methanol due to the negative effects methanol and the glycerol by-product has on lipase enzyme activity. The results of this research indicate that methyl oleate (i.e., biodiesel) was successfully produced, with an 80% overall biodiesel yield in the presence of ionic liquid, at a 1:1 ratio (v/v) to the amount of oil. This verified that the presence of an ionic liquid, at a specified amount, improved the activity of the lipase and the overall biodiesel yield. Results also indicate the addition of ionic liquid facilitated the separation of the methyl esters from the triacetylglycerol by-product. The best conditions investigated was found to be: 14:1 molar ratio between oil and acyl acceptor; 20% (w immobilised lipase/w of oil; and a temperature in the range of 48–55°C. However, additional purification is required in order for the produced biodiesel to meet ASTM standards.

Abstract

Dans cette étude, on a examiné la réaction d'estérification catalysée par lipase pour la production de biodiesel, en présence du liquide ionique [BMIM][PF6]. Contrairement aux solvants organiques ordinaires, un bon nombre de liquides ioniques n'ont pas de pression de vapeur et sont par conséquent considérés comme non-volatils. Lorsqu'ils sont utilisés dans des systèmes comportant des catalyseurs enzymatiques, les liquides ioniques peuvent rehausser leur activité, leur sélectivité et leur stabilité. L'utilisation d'un enzyme (lipase) comme catalyseur et du liquide ionique comme solvant/agent d'immobilisation représente également une technologie « verte » et écologique. L'acétate de méthyle a été utilisé comme accepteur d'acyle, au lieu du méthanol plus couramment utilisé, en raison des effets négatifs du méthanol et du produit dérivé du glycérol sur l'activité enzymatique de la lipase. Les résultats indiquent que de l'oléate de méthyle (soit du biodiesel) a été produit avec succès, avec un rendement général de biodiesel de 80%, en présence de liquide ionique, et ce, à un rapport de 1:1 (v/v) par rapport à la quantité d'huile. Cela a permis de confirmer que la présence d'un liquide ionique, à un montant spécifié, augmentait l'activité de la lipase et le rendement général de biodiesel. Les résultats indiquent également que l'ajout d'un liquide ionique facilitait la séparation des esters de méthyle du produit dérivé du triacétyle-glycérol. Les meilleures conditions enregistrées étaient les suivantes : rapport molaire 14:1 entre l'huile et l'accepteur d'acyle; 20% (poids de lipase immobilisée /poids d'huile) et une température dans l'intervalle 48–55°C. Cependant, une purification supplémentaire est nécessaire pour que le biodiesel produit soit conforme aux normes ASTM.

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