Thực nghiệm điều chế nhiên liệu Diesel sinh học từ mỡ cá Basa bằng phương pháp hóa siêu âm

Thực nghiệm điều chế nhiên liệu Diesel sinh học từ mỡ cá Basa bằng phương pháp hóa siêu âm

LUTE VTL LLC Sì 38 Nguyễn Hồng Thanh

CHUONG 2 - THUC NGHIEM

2.1, Hóa chất và thiết bi

2.1.1 Hóa chất

- Mỡ cá basa được lấy từ công ty TNHH Minh Tủ

- CH;OH (Trung Quốc), độ tỉnh khiết 99.0%, tỉ trọng đ? = 0,79 (g/ml)

- C;H;OH (Trung Quốc), độ tính khiết 99,7%, tỉ trọng đ? = 0,789 (g/ml)

- n-Butanol (Trung Quốc), độ tính khiết 98,0%, tỉ trọng đ?” = 0,808 (g/ml)

- KOH (Merek) độ tình khiết §4% và NaOH (Merck) độ tính khiết 98%, được

làm khan trước khi sử dụng

- Ether dau héa (Trung Quốc), nhiệt độ chưng cất 30 - 60°C

- CHCL (Tring Quốc), độ tỉnh khiết 99.0%, ty trong d = 1,471-1,484 (g/m)

- lod (Trung Quốc), độ tỉnh khiết 99,5%,

- Na;SOx (Trung Quốc), độ tỉnh khiết 99%

- Giây sắc ký bản mỏng 25 TC 20x20 cm, Silicagel 60 F254, Merck

- Giấy pH (Trung Quốc)

2.1.2 Thiết bị

- Máy khuấy tr gia nhiét Labinco, model L-80, Ha Lan

- Cân điện tử Sartorius, độ chính xác 0.001 g, model TE 3135, Đức

- Cân Nhơn Hòa 2 kg, độ chính xác 10 g

- Bồn siêu âm Elma, tần số 35 kHz va 130 kHz, céng sudt 1000W, Đức

- Các đụng cụ phòng thí nghiệm

2.2 Thực nghiệm

2.2.1 Nguyên liệu mỡ cá basa

2.2.1.1 Xứ lý mỡ cá basa

Mỡ cá basa do công ty TNHH Minh Tủ cùng cấp đã được tiến hành xử lý

trước khi thực hiện phản ứng transester hóa bằng cách lọc bỏ các tap chất cơ học và

gia nhiét 100°C trong 30 phút để loại nước

2.2.1.2, Phân tích một số chí tiêu và thành phần mỡ cá basa

A-iktesre Vkd£E E000, OE 38 Nguyễn Hồng Thanh

Thành phần mỡ cá basa (Bảng 2.1) được phân tích trên máy sắc ký ghép khôi

phố GC-MS hiéu Hewlett Packard (HP) - 6890 (phan tich & Phong Phan tich Trung

tâm Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia Thành Phá Hồ Chí

Minh) Bảng 2.2 trình bày tính chất hóa lý của mỡ, xác định theo các tiêu chuẩn

TCVN 6594:2007; TCVN 6325:2007; AOCS Cả 3-25 (1997, AOCS Cd 1-25 (1997)

Bảng 2.1: Thành phân axit béo trong mỡ cá basa [77]

ser Tén axit - Hàm lượng, % -

I Axit Myristic (C14:0) 1,2]

2 Axit Palmitic (C16:0) 28,66

5 Axit Oleie (C18:1) 33,60 |

6 Axit Linoleic (C18:2} 12.63 |

8 Axit Gadoleic (C20:1) 0,60 |

9 Axit Cetoleic (C22:1) 0,83

19 Axit Decosahexanenoic (C22:6)- 0.59

Bang 2.2: Mot số tính chất hóa lý của mỡ cá basa

Tỷ khối ở 30°C TCVN 6594 0886 —

| Chỉ số axit, mg KOH /g mau TCVN 6325 66 -

Chi sé xa phòng hoa, mg KOH /g mau | AOCS Cd 3-25 (1997) 187,7

Chi số lốt, ø I;/100 g mẫu AOCS Cd 1-25 (1997) 22,5

2.2.2 Quy trink diéu ché BDF

Thực hiện phản ứng transester hóa mỡ cá basa bằng phương pháp hóa siêu âm (Hình 2.1) với khối lượng mỡ cá basa ở mỗi thí nghiệm được dùng không đổi là 30

ø, xúc tác KOH hoặc NaOH hoa tan trong alcohol bang may khudy tir & nbiét d6

phòng trước khi cho vào bình phần ứng chứa 30g mỡ Đặt bình chứa hỗn hợp phản

ứng vào bồn siêu âm và tiến hành phần ứng ở điều kiện:

- Nhiệt độ phòng (theo đối bằng nhiệt kế)

- Khối lượng alcohol lấy theo tỷ lệ mol alcohol:mỡ từ 5: đến 9:1,

"¬ 40 Nguyên Hồng Thanh

- Hàm lượng xúc tác thay đổi từ 0,15 đến 1,85% (tính theo khối lượng mỡ) và

chưa trừ lượng trung hòa các axit béo tự do cho 30 g mỡ cá

- Thời gian siêu âm thay đổi từ 5 đến 40 phút (tác chất methanol), 5 đến 80

phút (tác chất là cthanol và n-butanol)

~ Thời gian hòa tan xúc tác vào alcohol thay déi tir 5 đến 30 phút

- Tân số 35 kHz và 130 kHz

- Công suất siêu âm từ 60 đến 1000 W,

Thực hiện phản ứng transester hóa mỡ cá basa băng phương pháp hóa học (Hình 2.2) với khối lượng mỡ cá basa là 30 g, tý lệ mol methanol:mỡ là 6:1, thời gian phản ứng 45 phút ở 80°C, nồng độ xúc tac KOH 1,25%, thời gian hòa tan KOH

vao methanol 10 phút

Độ chuyển hóa của phan ứng được theo dõi băng phương pháp sắc ký bản

mong (TLC — thin layer chromatography)

Sau khi phản ứng xong, hỗn hợp phân ứng được để ôn định trong bình chiết và

tách lớp Sản phẩm BDF tách ra được rứa nhiều lần bằng nước nhằm loại bô xúc

tác, alcohol và mỡ dự; sây nhẹ, cân sản phẩm khô và xác định hiệu suất phần ứng

Phân tích sản phẩm BDF sach trén may GC-MS hiéu HP - 6890, HPLC hiéu

Agilent 1100 (phân tích ở Phòng Phân tích Trung tâm Trường Đại học Khoa học Tự

nhiên, Đại học Quốc Gia Thành Phố Hà Chí Minh) và phân tích các chỉ tiêu hóa lý

nhiên liệu biodiesel tai Trung tim kỹ thuật Tiêu chuẩn đo lường chất lượng 3 và

Trung tâm nghiên cứu và phát triển chế biến đầu khí thuộc Tổng công ty Dầu khí

Việt Nam

Aare VEATE ENGEL OF 41 Nguyễn Hong Thanh

Khuay tron 5-10 phot

¥

Siêu âm ở nhiệt độ phòng

¥

Hỗn hợp sau phần ứng

Lắng tách 8-10 phút

3

Rửa nước

r

Sản phẩm BDF

Hình 2.1: Quy trình tổng hợp BDF bằng phương pháp siêu âm với tác chất

methanol Quy trình tổng hợp BDF bằng phương pháp siêu âm với tác chat ethanol và n-

bufanol cũng tương tự như trên, nhưng thời gian lắng tách là 12 giờ đối với ethanol

và 15 giờ đối với n-butanol

TH Pent LIER OE 42 Nguyễn Hàng Thanh

Khuấy trộn 5-10 phút

4

Mỡ cá Hồn hợp phản ứng |

Khuấy ở 80°C trong 45 phút

¥

Hỗn hợp sau phản ứng

Lắng tách 15 phút

7

Pha BDF Pha glyxerin

Rửa nước

y

Sản phẩm BDF

Hình 2.2: Quy trình tổng hợp BDF bằng phương pháp hóa học tác chất

methanoi

3.2.3 Cách tính khối lượng mol trung bình của mỡ cá basa và hiệu suất

Hiệu suất phần ứng (kí hiệu là Hapr) được tính theo công thức sau :

Khối lượng BDF sạch thu được (g) Hppr 9)“ — x 100%

Khối lượng BDF theo lý thuyết (g)

(2.1)

Khéi lượng moi trung bình, Ärp, của mỡ cá basa được tính từ phân tử gam

trung bình, ÀÄ#?, của các axit chính trong thành phan triglyceride mỡ cá basa như

sau:

1.1 43 Nguyễn Hong Thanh

M: là phân tử lượng của axit

voi m la ham luong axit / trong mau (%)

Dua vào công thức (2.2), (2.3) và kết qua phân tích thành phần mỡ cá (Bảng

2,1) tính được:

M*=273,58 Suy ra:

Mrg = 273,58 x3-3+41 ~859¢

Hè ~OCOR, + 3ROH = HỆ _OH + ROCOR, (-)

Theo phương trình phản ứng (1.1), khi 1 môi mỡ cá Ma (859 g) phan ứng với

methanol, néu chuyén héa hoan toan thanh BDF, thi cho 863 g methyl! ester hay 905

g ethyl ester hay 898 g n-butyl ester

Như vậy, hiệu suất chuyên hóa thành BDF tính cho 30 g mỡ cá basa là:

(3%) Mapp * 859 + 100 9

hay

Hạpg (9%) = (manr x 3,32)% (Methanob)

Hgpr (3%) = Gmapr X 3,16)% (Ethanol)

Hane (3⁄9) = Utignr x 2,98)% (n-Butanol) Với mppr là khối lượng BDF tạo thành sau khi tách pha, rửa sạch và loại nước

2.2.4 Cách xác định độ chuyến hóa hoàn toàn của phản ứng bằng phương pháp sde ki ban méng (TLC)

1 44 Neuyén Hong Thanh

- Đung dịch rửa giải gồm hỗn hợp 9 ml CHCI; + 11 mi ether dầu hỏa trong cốc thủy tỉnh có nắp đậy

- Cắt tắm TUC với kích thước khoảng 6 em x 3 cm Dùng bút chỉ chấm sẵn các

điểm và ghi kí hiệu

- Dùng mao quản lây mẫu và chấm vào các điểm đã đánh dấu trên tam TLC,

để khô nhẹ từ 15 - 30 giây

- Ngam tim TLC trén vao dung dich rửa giải (không cho ngập điểm chấm mau), khi thay dung mdi tham gan hét tam TLC (con cach khoang 1,5 cm), lấy tắm

TLC ra và dé khô

- Cho vai tinh thé iod vao becher 500 mi cé nap day, dat tắm TLC voi mặt nhôm hướng xuống đưới đáy

- Mỡ sẽ cho vệt màu vàng, Nếu BDF cũng cho vệt màu vàng và ở cùng mức

độ cao giống vệt mỡ thì BDF vẫn còn chứa mỡ, ngược lại thì BDF đã sạch mỡ