自工业革命以来，由于化石燃料具有高能量密度和低熵，它们在全球能源结构中占据主导地位[1]。工业化和城市化带来的能源需求激增加剧了化石燃料的燃烧[2]，导致人为温室气体排放（尤其是二氧化碳CO2）大幅增加[3]。全球人为CO2排放量从1900年的2.0吉吨（Gt）增加到2024年的37.6吉吨（Gt），超出了自然碳循环的固碳能力[4]。这种不平衡导致了包括全球变暖在内的各种环境问题[5]。在主要终端使用领域中，交通运输部门仍然是化石燃料的主要消费者，尤其是石油衍生的燃料如汽油和柴油[6]。这些燃料占交通运输部门能源需求的90%[7]，而与运输相关的CO2排放量占全球人为CO2排放量的近五分之一[8]。因此，从石油衍生燃料向可再生能源的转型作为减少交通运输部门人为CO2排放的战略措施受到了越来越多的关注[9]。生物燃料来自可再生生物质，通常被认为是碳中性的，因为燃烧过程中释放的CO2与生物质生长过程中吸收的CO2相平衡[10]。在生物燃料中，生物柴油（BD）的一个关键优势是它无需改造即可与现有的燃料分配系统和柴油发动机兼容[11]，从而成为减少运输相关CO2排放的实际解决方案。
商业生物柴油已由大豆油和菜籽油等食用油生产[12]。然而，对食用原料的依赖加剧了食物与燃料之间的冲突，引发了伦理和可持续性问题[13]。为了解决这些问题，提出了使用废弃食用油（WCO）和棕榈油脂肪酸馏分等非食用油作为实现可持续且成本效益高的生物柴油生产的可行替代品[14],[15]。尽管这些非食用油具有潜力，但它们通常含有高水平的游离脂肪酸（FFAs），这会降低传统生物柴油转化途径的效率。传统上，生物柴油是通过酯交换反应生产的，该过程在均相碱催化剂（氢氧化钠或氢氧化钾）存在下使用甲醇（MeOH）将油脂（甘油三酯，TGs）转化为脂肪酸甲酯（FAMEs）[16]。然而，碱催化剂对FFAs等杂质敏感，会导致皂化反应[17]。虽然均相酸催化剂（硫酸）可以避免这种副反应，但需要较长的反应时间（>24小时）[18]。此外，均相酸碱催化的酯交换过程需要额外的洗涤步骤来去除残留盐分[19]。这些步骤每生产一升生物柴油会产生0.2–1.2升废水，对环境造成挑战[20]。由于分离方便，已经开发了非均相（固体）催化酯交换方法[21]。然而，其实际应用受到催化剂成本高等因素的限制[22]。作为替代方案，已在超临界条件下引入了非催化酯交换方法[23]。然而，所需的高温（>450℃）和高压（>250巴）降低了其经济可行性[24]。因此，开发一种在温和条件下从非食用油生产生物柴油的非催化转化方法是有益且理想的。我们之前的研究提出了使用二氧化硅等多孔材料进行热诱导（TI）酯交换的方法[25]。这种方法对杂质（包括FFAs）具有很高的耐受性，在常压下1分钟内可从非食用油中实现≥95%的生物柴油产率[26]。尽管有这些优点，但大多数先前的研究依赖于使用商用多孔材料[27]，增加了运营成本。因此，开发用于TI酯交换的低成本多孔材料有助于提高生物柴油生产的经济可行性。
来自食品工业和家庭来源的废弃动物骨骼（WABs）是羟基磷灰石（HA）的宝贵来源[28]。由于其高表面积和发达的中孔及大孔结构，HA已成为一种有前景且可持续的多孔材料[29]。此外，HA表面的Ca-O-P位点可能作为催化活性中心，有助于促进生物柴油生产的酯交换反应[30]。基于这些理由，本研究探讨了使用WABs衍生的HA作为非食用油热诱导酯交换反应的可持续多孔催化剂。尽管许多研究表明WAB衍生的多孔催化剂可以从非食用油中实现高产率的生物柴油，但这些方法通常需要较长的反应时间（>180分钟），因为反应动力学较慢[31],[32]。在传统酯交换过程中，TGs中酯键的断裂被认为是限速步骤[33]。为了加速酯交换反应，本研究利用外部热能促进TGs中酯键的断裂，从而生成可与甲醇迅速反应的活性脂肪酸中间体。TGs中酯键的相对较低的解离能量使得其选择性断裂可以通过热输入有效控制[34]。作为案例研究，通过煅烧从牛骨（BB）中获得了HA，并将其用作将WCO转化为生物柴油的催化剂。作为基础研究，对BB的热解行为进行了分析。使用X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外（FT-IR）光谱和Brunauer-Emmett-Teller（BET）方法分析了煅烧牛骨（CBB）的物理化学性质。最后，量化了CBB在不同反应温度下的生物柴油产率，并将其与使用商用多孔材料二氧化硅获得的产率进行了比较。
