High oleic safflower biolubricant through double transesterification with methanol and pentaerythritol: Production, characterization, and antioxidant addition

Abstract

La doble transesterificación de aceites vegetales podría jugar un papel importante en la producción de biodiésel y biolubricantes, con la posible implementación de biorrefinerías para reemplazar las refinerías basadas en petróleo. La estabilidad a la oxidación de la muestra original influye en la calidad de los productos intermedios y finales, recomendándose materias primas altamente estables o el uso de antioxidantes para mantener los parámetros de calidad durante el almacenamiento. El objetivo de este trabajo fue obtener un biolubricante estable valorando su producción a través de doble transesterificación con metanol y pentaeritrita a partir de aceite de cártamo alto oleico y añadiendo antioxidantes, prestando atención a los parámetros de calidad correspondientes. Como consecuencia de ello, se propuso una biorrefinería que produjo productos de alta calidad. A modo de conclusión, se obtuvieron altos rendimientos de biodiésel y biolubricantes (>97 y >94 %, respectivamente) con las siguientes condiciones químicas para el último caso: relación FAME/alcohol de 1:0,33; presión de 260 mmHg, concentración de catalizador del 1,0 %, temperatura de 160 ºC. La estabilidad a la oxidación del biodiésel cumplió con la norma (10,78 h) debido al alto contenido de oleato de metilo (por encima del 80 %), mientras que este parámetro fue más bajo en el caso del biolubricante (2,86 h), posiblemente debido a su estructura molecular. Como consecuencia, se hizo necesaria la adición de antioxidante, y bajas concentraciones de tert-butilhidroquinona (500 ppm) mantuvieron la viscosidad y acidez del biolubricante basado en aceite de cártamo alto oleico durante las condiciones de oxidación (hasta 8 h). Sin embargo, el ácido tánico no mantuvo estas propiedades en el biolubricante. Como conclusión, usando el antioxidante adecuado, todos los productos de la biorrefinería propuesta fueron estables durante las condiciones de oxidación, haciendo esta biorrefinería más competitiva.

Double transesterification from vegetable oils could play an important role in biodiesel and biolubricant production, with the possible implementation of biorefineries to replace refineries based on petroleum. The oxidative stability of the original sample will influence the quality of the intermediate and final products, recommending highly stable raw materials or the use of antioxidants to keep quality parameters during storage. The aim of this work was to obtain a stable biolubricant, assessing its production through a double transesterification with methanol and pentaerythritol from high-oleic safflower oil and adding antioxidants, paying attention to quality parameters. Consequently, a biorefinery that produced high-quality products was proposed. In conclusion, high biodiesel and biolubricant yields were obtained (>97 and >94%, respectively) with the following chemical conditions for the latter: FAME/alcohol ratio, 1:0.33; pressure, 260 mmHg; catalyst concentration, 1.0%; temperature, 160 ºC. The oxidative stability of biodiesel complied with the standard (10.78 h) due to its high methyl oleate content (exceeding 80%), whereas this parameter was shorter for the biolubricant (2.86 h), possibly due to its molecular structure. Consequently, antioxidant addition was needed, and tert-Butylhydroquinone at low concentration (500 ppm) kept viscosity and acid number of high-oleic safflower biolubricant during oxidation conditions (up to 8 h). However, tannic acid did not keep these properties in biolubricant. In conclusion, by using the right antioxidant, all the products of the proposed biorefinery were stable during oxidizing conditions, making this biorefinery more competitive.