Optimización de parámetros de transesterificación de aceites usados empleando nanocatalizador magnético de ceniza de cacao para producir biodiésel Iquitos 2025

Abstract

This research aimed to evaluate transesterification parameters using magnetic nanocatalyst derived from cocoa husk ash (CMC) to produce biodiésel from waste cooking oil, seeking yields above 90%. The nanocatalyst was synthesized by co-precipitation of iron salts (FeSO4·7H2O and FeCl3) with aqueous extract of cocoa husk ash, followed by impregnation and calcination at 500°C. XRD characterization identified K2CO3 as the major phase and Fe3O4 (magnetite) as secondary phase, with crystallite sizes of 24.8 nm and 16 nm respectively. SEM-EDS analysis confirmed a core-shell architecture with average composition of K (34.42%), O (39.98%), C (13.53%) and Fe (10.38%). Hammett basicity was determined in the range 9.3 < H_ < 12.0 and magnetic separation was complete in less than 10 seconds. Transesterification parameters were evaluated using a 23 factorial design, considering methanol:oil molar ratio (6:1-9:1), reaction time (60-90 min) and catalyst concentration (2-3%). Maximum yield achieved was 96.72% under optimal conditions: molar ratio 6:1, time 90 minutes and concentration 2%, at 60°C. The factorial regression model showed R2 = 98.10%, identifying molar ratio as the most influential factor (F = 405.22, p < 0.001). The biodiésel obtained showed acid value of 0.41 mg KOH/g and FAME content of 99.92%, partially meeting ASTM D6751 and EN 14214 standards. It is concluded that magnetic nanocatalyst CMC constitutes a viable and sustainable alternative for biodiésel production, contributing to the valorization of Amazonian agroindustrial waste through circular economy principles.

La presente investigación tuvo como objetivo evaluar los parámetros de transesterificación empleando nanocatalizador magnético de ceniza de cáscara de cacao (CMC) para producir biodiésel a partir de aceite vegetal usado, buscando alcanzar rendimientos superiores al 90%. Se sintetizó el nanocatalizador mediante coprecipitación de sales de hierro (FeSO4·7H2O y FeCl3) con extracto acuoso de ceniza de cáscara de cacao, seguido de impregnación y calcinación a 500°C. La caracterización por XRD identificó K2CO3 como fase mayoritaria y Fe3O4 (magnetita) como fase secundaria, con tamaños de cristalito de 24.8 nm y 16 nm respectivamente. El análisis SEM EDS confirmó una arquitectura núcleo-coraza con composición promedio de K (34.42%), O (39.98%), C (13.53%) y Fe (10.38%). La basicidad Hammett se determinó en el rango 9.3 < H_ < 12.0 y la separación magnética fue completa en menos de 10 segundos. Se evaluaron los parámetros de transesterificación mediante un diseño factorial 23, considerando relación molar metanol:aceite (6:1-9:1), tiempo de reacción (60-90 min) y concentración de catalizador (2 3%). El rendimiento máximo alcanzado fue 96.72% bajo las condiciones óptimas: relación molar 6:1, tiempo 90 minutos y concentración 2%, a 60°C. El modelo de regresión factorial presentó R2 = 98.10%, identificando la relación molar como el factor más influyente (F = 405.22, p < 0.001). El biodiésel obtenido presentó índice de acidez de 0.41 mg KOH/g y contenido de FAME de 97.92%, cumpliendo parcialmente las normas ASTM D6751 y EN 14214. Se concluye que el nanocatalizador magnético CMC constituye una alternativa viable y sostenible para la producción de biodiésel, contribuyendo a la valorización de residuos agroindustriales amazónicos mediante principios de economía circular.