Kết quả và thảo luận điều chế nhiên liệu Diesel sinh học từ mỡ cá Basa bằng phương pháp hóa siêu âm

Kết quả và thảo luận điều chế nhiên liệu Diesel sinh học từ mỡ cá Basa bằng phương pháp hóa siêu âm

auth VUE LUE SL 45 Nguyễn Hong Thanh

CHUONG 3 - KET QUA VA THAO LUAN

3.1 Các yếu tổ ảnh hướng đến phản ứng fransester hóa mỡ cá basa với tác chất methanol

3.1.1 Ánh hưởng của bản chất xúc tác

Đã tiến hành hai chuỗi phản ứng với xúc tác NaOH và KOH, nồng độ xúc tác

thay đổi từ 0,5 đến 1,70%, ty lệ moi methanol:mỡ là 6:1 Phân ứng được khảo sát tại nhiệt độ phòng, tần số siêu âm 35 kHz, công suất siêu âm 1000 W, trong thời gian 15 phút Kết qua được ghi nhận trong Bang 3.1

Bang 3.1: Ảnh hướng của xúc tác NaOH và KOH đến quá trình điều ché BDF

(PMmeoH!f„ø = 6, 35 KH¿, 15 phút)

1,59 | Khong tao BDF, hon hop ọ vàng hơi đọc, có xà | 88,6

phòng Không tạo BDF, xả BDF có màu đục, sản

1,70 phòng rất nhiêu, một 0 phẩm hệt rỡ, xà phòng | 83,7

Các số liệu trong Bảng 3.1 cho thấy KOH thích hop cho phan img methy! ester

hóa mỡ cả basa hơn NaOH trong điêu kiện siêu âm Phản ứng với xúc tác KOH có thời gian tách pha nhanh hơn, hiệu suất thu hồi BDF cao hơn và lượng xả phòng tạo

thành thấp hơn nhiều lân so với đùng xúc tác NaOH

3.1.2 Ảnh hướng của thời gian siêu âm

Bang 3.2 và Hinh 3.1 trình bày kết quả chuối phản ứng với tỷ lệ mol methanol:mỡ là 6:1, nồng độ xúc tác KOH 1,25% (kết quả tất nhất trong chuỗi phần

"` 46 Nguyễn Hồng Thanh

————— ————ễỄễỄỄỄỄễỄỄễ-ễ_=ễỄễ

ứng ở mục 3.1.1), tần số siêu âm 35 kHz, công suất siêu âm 1000 W với những thời

gian siêu âm khác nhau

_ 945

94.0 93.5 - 93.0 92.5 - 92.0 91.5

Hình 3.1: Ảnh hưởng của thời gian siêu âm đến hiệu suất BDF (tác chất methanol)

Bảng 3.2: Kết quả thí nghiệm thay đổi thời gian phản Ứng (#MeoH:#mø = 6, 35 kHz,

KOH 1,25%)

siêu âm tách pha (am) ( am) (%) Mô tả sản phẩm

5 15 720 | 28,15 | 93,5 | BDF vane duc, con

nhiêu mỡ BDF trong, vang, dep,

Rõ ràng, thời gian 5 phút siêu âm không đủ để chuyển hóa hết mỡ ban đầu nên

hiệu suất tạo thành BDF thấp Tuy nhiên khi tăng thời gian siêu âm lên 20 - 40 phút

5.1 47 Nguyễn Hồng Thanh

thì hiệu suất giảm do phản ứng xà phòng hóa xảy ra và khối lượng sản phẩm phụ tăng Thời gian siêu âm 10 - 15 phút cho hiệu suất tổng hợp BDF trong các điều kiện khảo sát là cao nhất Ngoài ra với thời gian siêu âm này, quá trình tách pha cũng diễn ra nhanh và sản phẩm BDF không còn chứa mỡ Do vậy trong các phần

tiếp theo chúng tôi chỉ sử dụng thời gian siêu âm 10 phút

3.1.3 Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác KOH

Thực hiện phản ứng với tỷ lệ mol methanol:mỡ là 6:1, thời gian siêu âm 10 phút, tần số siêu âm 35 kHz, công suất siêu âm 1000 W với những nồng độ xúc tác

thay đổi từ 0,15 đến 1,85% Kết quả được trình bày ở Bảng 3.3 và Hình 3.2

| 100.0

& 9001

“ 80.0 3 -3 7003

IKOHI | Thời gian tach | moiserin | Mapper Hgụy  #ä cả A

(%) pha (phút) (gam) | (gam) | (%) Mo ta sin phẩm

Với hàm lượng xúc tác đưới 1,14%, phần ứng xảy ra chậm nên độ chuyển hóa

chưa cao khi siêu âm 10 phút Khi nồng độ xúc tác tăng lên 1,25% sản phẩm BDE

thu được rất tốt - màu vâng trong, độ nhớt giảm, hết mỡ và không tạo thành xà phòng Tuy nhiên, tiẾp tục tăng nông độ KOH lên 1,4% thì xây ra quả trình xà

phòng hóa Lượng xà phòng tạo thành tầng theo hàm lượng xúc tác làm cho quá trình tách pha chậm và khó khăn, hiệu suất tổng hợp BDF giảm và bằng cảm quan

cũng dễ dàng nhận thấy chất lượng BDF suy giảm

¬ OE 49 Nguyễn Hong Thanh

—— -ằễ-ễ—— -T=——-————-T-——— -— —ˆ

3.1.4 Ảnh hưởng của thời gian bòa tan KOH vào methanol

Quá trình hòa tan bazơ vào methanol sẽ tạo ra methoxide và methoxide có khả

năng phản ứng với triglyceride Bảng 3.4, Hình 3.3 trình bày kết quả chuỗi thí

nghiệm thay đổi thời gian hòa tan KOH vào methanol ở tỷ lệ mol methanol:mỡ là

6:1, thời gian siêu âm 10 phút, tần số siêu âm 35 kHz, công suất siêu âm 1000 W,

sempre ruses seman ot 50 Neuyén Hong Thanh

(phat) | pha(phit) | (gam) |(am)| (%) | Mô tả sản phẩm

Từ Báng 3.4, Hinh 3.3 nhận thấy thời gian hòa tan KOH vào methanol hầu như

không ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng và chất lượng BDF Tuy nhiên, nếu kéo

đài thì hiệu suất tổng hợp BDF giảm nhẹ, và còn mỡ dư (tuy ÍD trong sản phẩm, CÓ

thể 14 do methanol bay hoi mét phan

3.1.5 Ảnh hưởng của tỷ lệ moi methanol:mỡ đến hiệu sudt tao thank BDF

Theo phương trình (1.1) thi 1 mọi mỡ phản ứng với 3 moi methanol, tuy nhiên

do đây là phản ứng cân bằng nên dé chuyên hóa hết mỡ cần phải lẫy du methanol,

đo vậy tý lệ mol methanol:mỡ cân lớn hơn 3 Thực hiện phản ứng với thời gian siêu

âm 10 phút, tân số siêu âm 35 kHz, công suất siêu âm 1000 W, nồng độ xúc tác

KOH 1,25%, thời gian hòa fan KOH vào methanol là 10 phút với những tỷ lệ moi

methanol:mỡ khác nhau cho kết quả như trình bày trong Bảng 3.5 và Hình 3.4

Hình 3.4: Ảnh hưởng của tỷ lệ zw;ou:z„z đến hiệu suất BDF

Bảng 3.5: Kết quả thí nghiệm thay đổi tỷ lệ mol methanol:mỡ (KOH 1,25%,

35kHz, 10 phút)

Tỷ lệ mol methanol:mỡ bằng hoặc nhỏ hơn Š thì lượng methanol dư trong hỗn

hợp phản ứng không đủ đẻ dịch chuyển cân bằng (1.1) nên sản phẩm sau siêu âm

còn mỡ nhiều và hiệu suất tạo thành BDF thấp Tăng tỷ lệ mol methanol:mỡ lên hơn

7 thì hiệu suất tạo thành BDF không tăng nhiều; do vậy nên thực hiện phản ứng ở tỷ

lệ mol methanol:mỡ bằng 6-1

3.1.6 Ảnh hưởng của công suất siêu Âm

^^ VUSfE EFL DE 52 Nguyễn Hong Thanh

a oa

Bảng 3.6 và Hình 3.5 cho biết kết quả thí nghiệm với tỷ lệ mol methanol:mỡ là

6:1, thời gian siêu âm 10 phút, tần số siêu âm 35 kHz, nồng độ xúc tác KOH 1,25%,

thời gian hòa tan KOH vào methanol từ 5 - 10 phút với những công suất siêu âm

Trong các điều kiện đã khảo sát và dưới tác dụng của sóng âm tân sô 35 kHz

hiêu suất tạo thành BDF hẳu như tăng tuyến tính với công suất siêu âm trong khoảng từ 600 đến 1000 W

¬ ` 33 Nguyễn Hàng Thanh

3.1.7 Ảnh hưởng của tần số siêu âm

Thực hiện phân ứng với tỷ lệ moi methanol:mỡ = 6:1, thời gian siêu âm 10

phút, công suất siêu âm 1000 W, nồng độ xúc tác KOH 1,25%, thời gian hòa tan

KOH vào methanol từ 5 - 10 phút với hai tần số siêu âm khác nhau là 35 kHz và

130 kHz (do thiết bị có hai tần số) Ở tần số 35 kHz, sản phẩm BDF vàng, đẹp trong, tách pha nhanh khoảng 8 phút, pha BDF sau khi rửa hết mỡ; còn ở tần số 130 kHz thi hầu như không tạo ra BDF (mỡ vẫn còn nguyên như ban đầu)

3.1.8 Kết luận các thí nghiệm

Từ các kết quả thí nghiệm trên ta rút ra được các điều kiện thực hiện phản ứng tổng hợp BDF như sau:

- Thoi gian hoa tan KOH vao methanol 1a 5-10 phat

- Nong độ xúc tác KOH là 1,25% (chưa trừ lượng trung hòa cdc axit béo tự do)

- Tần số 35 kHz; công suất siêu âm là 1000 W

- thời gian siêu âm là 10 phút

- Tï lệ mol methanol:mé là 6:1

- Thời gian tách pha 8-10 phat

- Sản phẩm BDF sau tách pha được rửa bằng nước 2 lân, thời gian rửa cho hai

lần là 5 phút; khối lượng nước mỗi lần rửa / mapr tương đương là 1:1.Thực hiện

phản ứng tại điều kiện trên thì đạt được hiệu suất khoảng 95%, BDF có màu vàng

đẹp, tách pha nhanh sản phẩm sau siêu âm hết mỡ, điều này cho thấy phan ứng transester hóa mỡ cá basa chuyển hóa tốt bằng phương pháp hóa siêu âm khi dùng tác chất la methanol

3.1.9 Thí nghiệm với mẻ lớn

Đựa vào kết luận mục 3.1.8, tăng khối lượng mỡ cá basa lên cho mỗi lần thí

nghiệm là 500 g thì kết quả nhận được vẫn không thay đối so với 30 gam mỡ Kết

quả được trình bảy ở Bảng 3.7

A01 VUFI HC SI 54 Nguyễn Hong Thanh

Bang 3.7: Kết quả thí nghiệm với mẻ lớn (mnweon:„ = 6, 35 KHz, 10 phút, KOH

1,25%)

10 115,50 | 474,10 | 94,38 | BDF trong, vane, dep, âm hết

3.2 Phân ứng transester hóa mỡ cá basa với tac chat ethanol va n-butanol

Trong phần tiếp theo cũng kháo sát các yếu tổ ánh hướng đến phản ứng

transester hóa mỡ cá basa bằng phương pháp hóa siêu âm với tác chất là ethanol và n-bufanol sử dụng xúc tác kiềm dựa vào các điều kiện đã kết luận ở mục 3.1.8

3.2.1 Ánh hướng của bản chất xúc tác

Đã tiến hành hai chuỗi phản ứng với xúc tác là NaOH và KOH, nông độ xúc tác thay đổi từ 0,5 đến 1,7%, tý lệ mol alcohol:mỡ là 6:1 Phản ứng được khảo sát

tại nhiệt độ phòng, tần số siêu âm là 35 kHz, cường độ sóng âm là 1000 W trong

thời gian 50 phút Với trường hợp xúc tác NaOH nồng độ xúc tác thay đổi từ 0,5

đến 1,7% thi khi cho NaOH vào thì hến hợp đặc sệt sánh khi chưa siêu âm, sau khi

siêu âm 5 — 10 phút thì hỗn hợp tạo thành một khối đặc Tuy nhiên, với xúc tác

KOH thì kết quả được trình bày trong Bảng 3.8

1 55 Nguyễn Hong Thanh

eS

Bảng 3.8: Ảnh hưởng của xúc tác KOH đến quá trình điều chế BDF với tác chất là

ethanol và n-buthanol (2eonoi:mạ = 6, 35 kHz, 50 phút)

1,00 BDF mau vang duc do 352 BDF mau vang duc do 32,3

thành thấp hơn nhiều lần so với dùng xúc tác NaOH

3.2.2 Ảnh hưởng của thời gian siêu âm

Bảng 3.9 và Hình 3.6 trình bày kết quả chuỗi phản ứng với tỷ lệ mol

alcohol:mỡ là 6:1, néng độ xúc tác KOH 1,25% (kết quả tốt nhất trong chuỗi phản ứng ở mục 3.2.1), tần số siêu âm 35 kHz, công suất siêu âm 1000 W với những thời

gian siêu âm khác nhau

ewes vL V&S67£ b06Q4 3È Nguyễn Hong Thanh

ị 1-2 giờ sau siêu âm hỗn 2-3 giờ sau siêu âm hôn |

5 hợp tạo thành một khối mỡ 0 hop 1ạo thành một khối 0 |

2-3 giờ sau siêu âm hến 3-4 giờ sau siêu âm hỗn

1Ô hợp tạo thành một khối mỡ 0 hop tao thanh mét khối 0 |

4-5 giờ sau siêu âm hỗn 6-7 giờ sau siêu Âm hỗn |

15 hợp tạo thành một khối mỡ 0 hợp tạo thành một khói 0 |

6-7 giờ sau siêu âm hỗn 8-9 giờ sau siêu âm hỗn

29 hợp tạo thành một khối mỡ 8 hợp tạo thành một khối Oo |

BDF vang duc, con rat BDF vang duc, con rat ị

30 nhiều mỡ, tách pha rất 7,6 nhiều mỡ, tách pha rất 6,9 |

BDF vang duc, con rat BDF vang duc, con rat |

40 nhiều mỡ, tách phá rat 18,5 nhiều mỡ, tách pha rất 164)

BDF cé mau vang, trong, BDF có mâu váng, trong,

50 giống diesel thương mại, 65,6 | giông diesel thương mại, | 61,4

tách pha 12 giờ ị tách pha l5 giờ

BDE có màu vàng, trong | „„ + | BDF cd mau vang, trong |

giống diesel thương mại | giéng diesel thương mại

| Tach pha rat cham, BDF gy | 66 màn vàng hơi đục, |

70 | cé mau vang hoi duc, phan | 52,2 | phản ứng xà phòng xây 56,1 |

Tach pha rat cham, BDF | Tach pha rat cham, BDF |

80 có màu vàng duc, xa 49,2 ' có mâu vàng đục, xà 47,2 |

phong rất nhiều phòng rất nhiều

Khác với trường hợp sử dụng methane

img transester héa mo ca ba

Ì, với tác chất ethanol và n-butanol phản

sa dưới tác dụng sóng siêu âm tân sô 35 kHz, nông độ

"34 OF 57 Nguyễn Hồng Thanh

TT

xúc tác KOH 1,25% thì phản ứng chỉ xảy ra sau khoảng 30 phút siêu âm và hiệu suất thấp hơn nhiều so với trường hợp tác chất methanol Hiệu suất tăng theo thời gian siêu âm trong khoảng 30 — 60 phút Khi tăng thời gian siêu âm lên 60 — 80 phút thì hiệu suất giảm do phản ứng xà phòng hóa và tỷ lệ sản phẩm phụ tăng Trong điều kiện đã khảo sát thời gian siêu âm 50 phút cho hiệu suất tổng hợp BDF trong

các điều kiện khảo sát là cao nhất

Với tác chất ethanol và n-butanol quá trình tách pha diễn ra rất chậm (12 giờ

đối với ethanol, 15 giờ cho n-butanol) khi thời gian siêu âm là 50 phút

3.2.3 Ảnh hướng của hàm lượng xúc tác KOH

Thực hiện phản ứng với tỷ lệ mol methanol:mỡ là 6:1, thời gian siêu âm 50 phút, tần số siêu âm 35 kHz, công suất siêu âm 1000 W với những nồng độ xúc tác

thay đổi từ 0,15 đến 1,90% Kết quả được trình bày ở Bảng 3.10 và Hình 3.7

70.0 60.0 50.0

03 BDF vang duc, con rat 85 BDF vang duc, con rat 12

1,37 trong, có rât ít xà phòng Ly cà cac 60,3 trong, có rât Ít xà ` 541

phòng 1.54 BDF hoi due, cé xa 55,5 BDF hoi đục, có xả 526

Bảng 3.10 và Hình 3.7 cho thay với hàm lượng xúc tác dưới 1,14%, phản ứng

xảy ra chậm nên độ chuyên hóa chưa cao khi siêu âm 50 phút Khi nồng độ xúc tác tăng lên 1,25% sản phẩm BDF thu được rất tốt ~ màu vàng trong, độ nhớt giảm, hết

mỡ và không tạo thành xà phòng, Tuy nhiên, tiếp tục tăng nồng độ KOH lên 1,37% thì xây ra quá trình xà phòng hóa Lượng xà phòng tạo thành tăng theo hàm lượng xúc tác làm cho quá trình tách pha chậm và khó khăn, hiệu suất tổng hợp BDF giảm

va bang cam quan cũng để dàng nhận thấy chất lượng BDF suy giảm,

eee rere Ene OL 59 Neuyén Hong Thanh

a

Như vậy, với tác chất ethanol và n-butanol thì hiệu suất phản ứng transester

mỡ cá basa tạo chất lượng sản phẩm BDF biến đổi theo nồng độ xúc tác và theo quy

luật tương tự như trường hợp tác chất methanol

3.2.4 Ảnh hưởng của thời gian hòa tan KOH vào alcohol

Bảng 3.12, Hình 3.8 trình bày kết quả chuỗi thí nghiệm thay đổi thời gian hòa

tan KOH vao ethanol và n-butanol ở tỷ lệ mol alcohol:mỡ là 6:1, thời gian siêu âm

50 phút, tần số siêu âm 35 kHz, công suất siêu âm 1000 W, nồng độ xúc tác KOH

Bang 3.11: Kết quả thí nghiệm thay đôi thời gian hòa tan KOH vào ethanol, n-

butanol (seosa:2mz = 6, 35 kHz, KOH 1,25%, S0 phúQ

| (phat) | M6 t4 san pham BDF | Haor, % | Mé ta san pham BDF %,

5 gidng diesel throng mai 66,0 trong giêng diesel 62,5

thương mại

25 Đán hosel tươi pons 65,3 trong giéng diesel 62,3

3.2.5 Ảnh hướng của tỷ lệ moi alcohol:mỡ đến hiệu suất tạo thành BĐE

Thực hiện phân ứng với thời gian siêu âm 50 phút, tần số siêu Âm 35 kHz, công suất siêu âm 1000 W, nông độ xúc tác KOH 1,25%, thời gian hòa tan KOH vào alcohol là {0 phút với những tỷ lệ mol alcohol:mỡ khác nhau cho kết quả như trinh bay trong Bang 3.12 va Hinh 3.9