Cặn béo thải là một loại nguyên liệu đặc biệt vì chứa hàm lượng axit béo tự do rất lớn và không ổn định phụ thuộc vào các loại nguyên liệu được sử dụng trong quá trình tinh luyện dầu ăn,
TỔ NG QUAN LÝ THUY Ế T
CÁC PHẢN ỨNG CHÍNH XẢY RA TRONG QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP BIODIESEL THEO PHƯƠNG PHÁP TRAO ĐỔI ESTE
BIODIESEL THEO PHƯƠNG PHÁP TRAO ĐỔ I ESTE
Trong quá trình tổng hợp biodiesel bằng phương pháp trao đổi este, có hai phản ứng chính xảy ra: phản ứng trao đổi este và phản ứng este hóa Đối với nguyên liệu có hàm lượng axit béo tự do thấp như dầu đậu nành, dầu hướng dương, dầu dừa, và dầu hạt cải, phản ứng trao đổi este chiếm ưu thế Ngược lại, với các loại dầu có hàm lượng axit béo tự do cao như dầu hạt cao su và một số loại dầu vi tảo, cả hai phản ứng trao đổi este và este hóa đều diễn ra.
Cần béo thải là nguyên liệu đặc biệt với hàm lượng axit béo tự do cao và không ổn định, phụ thuộc vào loại nguyên liệu trong quá trình tinh luyện dầu ăn Do đó, phản ứng este hóa chiếm ưu thế so với phản ứng trao đổi este.
C ả hai lo ạ i ph ả n ứng este hóa và trao đổ i este có th ể đượ c gi ớ i thi ệ u tóm t ắt như ph ần dướ i đây [1, 14-16]
Quá trình trao đổi este, hay còn gọi là quá trình rượu hóa, diễn ra khi một phân tử triglyxerit tương tác với 3 phân tử rượu mạch thẳng, dẫn đến sự tách ra của glyxerin và hình thành các ankyl este.
Quá trình chuyển hóa này bao gồm một loạt các phản ứng thuận nghịch nối tiếp nhau, trong đó triglyxerit chuyển hóa dần thành diglyxerit, sau đó từ diglyxerit tiếp tục chuyển hóa thành monoglixerit và cuối cùng là glyxerin.
Triglyxerit + ROH ⇔ diglyxerit + R 1 COOR Diglyxerit + ROH ⇔ monoglyxerit + R 2 COOR
Sản phẩm của quá trình là hỗn hợp các alkyl este, glyxerin, và các ancol tri-, di-, monoglyxerin chưa phản ứng hết Các monoglyrexit gây ra hiện tượng mờ đục trong hỗn hợp sản phẩm Rượu được sử dụng trong các quá trình này thường là các loại rượu đơn chức với số nguyên tử cacbon từ 1 đến 8, trong đó metanol và etanol là phổ biến nhất cho biodiesel Etanol có ưu điểm là sản phẩm nông nghiệp, tái tạo được, dễ phân hủy sinh học và ít ô nhiễm môi trường, trong khi metanol được ưa chuộng hơn do giá thành thấp, dễ tinh chế sau phản ứng và khả năng phản ứng tốt hơn.
D ầ u th ự c v ậ t Rượ u m ạ ch th ẳ ng Glyxerin biodiesel từ metyl este cũng có các chỉ tiêu hóa lý dễ dàng đáp ứng tiêu chuẩn hiện hành hơn
Ph ả n ứ ng este hóa trong quá trình t ổ ng h ợ p biodiesel x ả y ra gi ữ a các axit béo t ự do trong nguyên li ệ u d ầ u m ỡ và tác nhân rượu, cũng tạ o thành s ả n ph ẩ m thu ộ c nhóm biodiesel
Phản ứng này tạo ra nước và chỉ được xúc tác bởi các tâm axit mạnh Do đó, các xúc tác khả dụng cần đáp ứng hai tiêu chí: có lực axit mạnh và ổn định trong môi trường phản ứng.
CÁC LOẠI XÚC TÁC SỬ DỤNG CHO QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP BIODIESEL THEO PHƯƠNG PHÁP TRAO ĐỔI ESTE
THEO PHƯƠNG PHÁP TRAO ĐỔ I ESTE
1.2.1 Xúc tác bazơ đồ ng th ể
Xúc tác bazơ đồng thể, như NaOH và KOH, có tính bazơ mạnh và tan trong môi trường phản ứng, giúp tăng tốc độ phản ứng nhanh hơn nhiều so với xúc tác axit Tuy nhiên, việc sử dụng xúc tác bazơ đồng thể có thể gặp một số vấn đề, như tạo ra nhiều xà phòng và khó khăn trong việc tách biệt sản phẩm sau phản ứng, dẫn đến giảm hiệu suất thu biodiesel Ưu điểm của xúc tác bazơ đồng thể là tốc độ phản ứng nhanh hơn hàng ngàn lần so với phản ứng trao đổi este với xúc tác axit, và hàm lượng axit béo của dầu càng thấp càng tốt, trong khi metanol ở dạng metoxy có hoạt tính cao hơn so với dạng hydroxit.
Xúc tác bazơ đồng thể có một số nhược điểm đáng lưu ý Glyxerin và rượu cần được làm khan, nếu không sẽ dẫn đến phản ứng xà phòng hóa, làm giảm hiệu suất sản phẩm chính và gây ngộ độc xúc tác Điều này tạo ra hỗn hợp dạng gel hoặc đặc quánh, gây khó khăn cho quá trình lắng và tách thu sản phẩm Hơn nữa, xúc tác chỉ có thể sử dụng với một khoảng nguyên liệu hẹp do yêu cầu khắt khe về chỉ số axit (