The current investigation delved into biodiesel synthesis from castor oil (CO) employing a magnetic nanocatalyst contrived from waste Citrus limetta peel ash (CLPA@Fe3O4). SEM, TEM, EDAX, XRD, XPS, VSM, and FTIR were used meticulously to analyze the synthesized catalyst. The catalyst's core–shell arrangement kept its regulated size and shape and enhanced its surface properties, significantly increasing its stability. The optimal biodiesel yield of 97.92 % was accomplished utilizing CLPA@Fe3O4 catalyst through transesterification under the ideal reaction conditions of 30 wt% methanol concentration, the catalyst of 6 wt%, 60 °C temperature, and 3 h reaction time. The thermodynamics study advocated the transesterification process to be endothermic and nonspontaneous, while the kinetic tests were revealed to obey pseudo-first-order kinetics. The transesterification of CO employing the current catalyst was found to have an activation energy of 33.138 kJ mol−1. Nevertheless, an extraneous magnet could recover the prepared magnetic iron oxide-supported nanocatalyst from the reactor, as the catalyst showed a strong magnetization of 31.56 (emu/g). The catalyst showed excellent reusability up to 80 % for 6 consecutive cycles. The turnover frequency of the catalyst was ascertained to be 0.011 mol g−1.h−1, which measures the ability to drive biodiesel synthesis. The conversions from CO to biodiesel were validated via FTIR and GC–MS analysis. It is essential to highlight that biodiesel's key fuel properties align with the standards set by ASTM D6751, indicating promising prospects for its future industrial use. The life cycle cost analysis of the catalyst and biodiesel, i.e., USD 0.533/kg and USD 1.005/L, indicates excellent potential for commercialization. Lastly, using creative bibliometric analysis to identify the gaps in the literature, the study made recommendations for the synthesis of biodiesel utilizing nanocatalyst.

The current investigation delved into the mechanistic insight, and cost-competent application of CaO-derived nanocataysts doped with TiO2 for enhanced biodiesel synthesis from castor oil. Calcium oxide-laden nanocatalysts were prepared via co-precipitation methodology with varying precursor and calcination temperatures concentrations. The engineered catalysts underwent characterization using XRD, SEM, particle size analysis, FTIR, EDX, UV-spectroscopy, and zeta potential measurements. Response surface methodology was implemented to create an experimental matrix for the transesterification. With methanol: oil ratio of 12:1, 5% catalyst weight, 2.25 h reaction interval, and a temperature of 60°C, the utmost biodiesel yield achieved was 94.27%. Furthermore, the ester-enriched biodiesel was confirmed through GC-MS, 1H NMR, 13C NMR and FTIR analyses. Kinetic and thermodynamic studies revealed the endothermic and irreversible nature of the transesterification reaction. The fuel characteristics of the synthesized castor oil biodiesel are within acceptable ranges. The co-precipitation-derived nano TiO2@CaO catalyst validated impressive catalytic efficacy and stability, making it a proficient heterogeneous catalyst for augmented biodiesel manufacturing from castor oil. The projected expenses for 1 kg TiO2@CaO catalyst and 1 L COBD, obtained from cost assessments, were $ 6.37 and $ 0.578, respectively, showcasing their strong economic feasibility. Lastly, the study also offered future outlooks based on recognized gaps in the reported studies across a contemporary bibliometric investigation.