nghiên cứu chế tạo biodiezel từ dầu jatropha có chỉ số axit tự do cao trên xúc tác đa oxit kim loạ

Một trong những phương án hiện nay được xem là khả thi nhất để giải quyết bài toán tìm kiếm nguồn nhiên liệu thay thế cho năng lượng hóa thạch đó là sử dụng các loại nhiên liệu sinh học,

Nguyễn Việt Hùng

NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO BIODIEZEL

TỪ DẦU JATROPHA CÓ CHỈ SỐ AXIT TỰ DO CAO

TRÊN XÚC TÁC ĐA OXIT KIM LOẠI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2013

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

………

Nguyễn Việt Hùng

NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO BIODIEZEL

TỪ DẦU JATROPHA CÓ CHỈ SỐ AXIT TỰ DO CAO

TRÊN XÚC TÁC ĐA OXIT KIM LOẠI

Chuyên ngành: Hóa dầu

Mã số: 60 44 0115

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS-TS TRẦN THỊ NHƯ MAI GS-TSKH NGÔ THỊ THUẬN

Hà Nội - 2013

MỤC LỤC

Mở Đầu 1

Chương 1: TỔNG QUAN 4

1.1 Tìm kiếm nguồn năng lượng cho tương lai 4

1.2 Giới thiệu về cây Jatropha [7,8] 5

1.2.1 Nguồn gốc 5

1.2.2 Giá trị cây Jatropha 6

1.3 Ứng dụng dầu, mỡ động thực vật trong sản xuất nhiên liệu 8

1.3.1.Sinh khối 8

1.3.2 Giới thiệu chung về dầu, mỡ động thực vật 9

1.3.3 Chuyển hóa dầu, mỡ động thực vật thành nhiên liệu 9

1.3.4 Phương pháp este hóa chéo 10

1.4 Khái quát về nhiên liệu sinh học 11

1.4.1 Các định nghĩa 11

1.4.2 Đặc tính của biodiesel 12

1.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng este hóa chéo 14

1.5.1 Ảnh hưởng của hàm lượng axit béo tự do 14

1.5.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng 14

1.5.3 Ảnh hưởng của thời gian phản ứng 15

1.5.4 Ảnh hưởng của tỉ lệ 15

1.5.5 Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác 16

1.6 Xúc tác cho phản ứng este hóa chéo 16

1.7 Sơ lược về một số chất phụ gia sử dụng cho biodiezel 19

1.7.1 Phụ gia ức chế oxi hóa 20

1.7.2 Phụ gia hạ điểm đông 21

1.7.3 Phụ gia ức chế ăn mòn 21

Chương 2: THỰC NGHIỆM 23

2.1 Quy trình tổng hợp xúc tác La, Zn/ZrO 2 -Al 2 O 3 -SO 4 2- 23

2.2 Đặc trưng tính chất vật liệu 23

2.2.1 Phương pháp nhiễu xạ X-ray 24

2.2.2 Phương pháp hấp thụ và giải hấp N 2 25

2.2.3 Phương pháp giải hấp NH 3 theo chương trình nhiệt độ 26

2.2.3 Phương pháp giải hấp CO 2 theo chương trình nhiệt độ 27

2.2.4 Phổ tán sắc năng lượng tia X: EDX 27

2.3 Quy trình chế tạo biodiezen từ dầu jatropha 29

2.3.1 Thiết bị 29

2.3.2 Hóa chất 29

2.3.3 Quy trình chế tạo biodiesel công nghệ gián đoạn quy mô 2,5 lít nguyên liệu/mẻ 29

2.3 Xác định chỉ số axit của dầu Jatropha 31

2.4 Phản ứng este chéo hóa dầu Jatropha với metanol 31

2.5 Đánh giá thành phần sản phẩm và độ chuyển hóa của phản ứng 31

2.6 Đánh giá các chỉ tiêu kỹ thuật của sản phẩm B100 chế tạo được 32

2.6.1 Điểm chớp cháy cốc kín [10] 32

2.6.2 Độ nhớt động học [13] 32

2.6.3 Hàm lượng tro sulphat [14] 33

2.6.4 Hàm lượng lưu huỳnh [16] 34

2.6.5 Ăn mòn tấm đồng [12] 34

2.6.6 Nhiệt độ vẩn đục [47] 35

2.6.7 Trị số axit [48] 35

2.6.8 Nhiệt độ cất, 90% thu hồi [9] 36

2.6.9 Nhiệt độ đông đặc [11] 36

2.6.10 Khối lượng riêng [15] 37

2.6.11 Chỉ số xêtan [17] 37

Chương 3 KẾT QUẢ - THẢO LUẬN 38

3.1 Đánh giá đặc trưng xúc tác 38

3.1.1 Đặc trưng cấu trúc của hệ vật liệu xúc tác 38

3.1.2 Hấp phụ và giải hấp N 2 xác định diện tích bề mặt và phân bố mao quản 38

3.1.3 Hấp phụ và giải hấp NH 3 theo chương trình nhiệt độ (TPD-NH 3 ) 39

3.1.4 Hấp phụ và giải hấp CO 2 theo chương trình nhiệt độ (TPD-CO 2 ) 39

3.2 Khảo sát chỉ số axit của dầu Jatropha 40

3.3 Nghiên cứu điều kiện phản ứng este chéo hóa 41

3.3.1 Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ V metanol /V Jatropha 41

3.3.2 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng 42

3.4 Khảo sát thành phần sản phẩm và độ chuyển hóa của phản ứng 43

3.5 Khảo sát mối quan hệ giữa độ nhớt với hàm lượng dầu Jatropha trong hỗn hợp Jatropha và B100 45

3.6 Đánh giá chỉ tiêu kỹ thuật của sản phẩm 46

3.6.1 Kiểm tra tính chất của DO 0,05S (M1 - D100) 47

3.6.2 Kiểm tra tính chất của mẫu B100 (M2-B100) 48

3.6.3 Đánh giá sản phẩm B100 được pha phụ gia 49

3.6.4 Đánh giá sản phẩm B5, B10, B15, B20 53

KẾT LUẬN 60

TÀI LIỆU THAM KHẢO 61

Phụ lục I 66

Phụ lục II 82

PHỤ LỤC HÌNH

Hình 1.1: Dự đoán về sự biển đổi nhu cầu sử dụng ba nguồn năng lượng chính từ

năm 1850 đến năm 2050 4

Hình 1.2: Hình ảnh cây Jatropha 5

Hình 1.3: Ước lượng sinh khối đã và chưa sử dụng trên toàn thế giới 8

Hình 1.4: Một phân tử triglyxerit trong dầu hạt cải Canola 9

Hình 1.5: Sơ đồ chuyển hóa dầu mỡ động thực vật thành nhiên liệu 10

Hình 1.6: Phản ứng este hóa chéo viết dưới dạng tổng quát 10

Hình 1.7: Phản ứng este hóa chéo triglyxerit 11

Hình 1.8: Chu trình sản xuất và sử dụng biodiezel 13

Hình 1.9: Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng và thời gian phản ứng đến độ chuyển hóa của dầu hạt bông (cottonseed oil) 15

Hình 2.1 Sơ đồ quy trình tổng hợp hệ vật liệu xúc tác K, La, Zn/ZrO 2 -Al 2 O 3 -SO 4 2- quy mô 0,5kg/mẻ 23

Hình 2.2: Sự phản xạ tia X trên các mặt tinh thể 24

Hình 2.3:Nguyên lý của phép phân tích EDX 27

Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý của hệ ghi nhận tín hiệu phổ EDX 28

Hình 2.5: Sơ đồ quy trình công nghệ gián đoạn chế tạo B100 từ nguyên liệu dầu Jatropha 29

Hình 2.6: Sơ đồ quy trình xử lý sản phẩm 30

Hình 2.7 Thiết bị phản ứng phòng thí nghiệm 31

Hình 2.8: Thiết bị xác định nhiệt độ chớp lửa cốc kín theo ASTM D93 32

Hình 2.9: Thiết bị xác định độ nhớt động học theo ASTM D445 33

Hình 2.10: Thiết bị xác định hàm lượng tro sulphat theo ASTM D874 33

Hình 2.11: Thiết bị xác định hàm lượng lưu huỳnh tia X theo ASTM D4294 34

Hình 2.12: Thiết bị xác định ăn mòn tấm đồng theo ASTM D130 34

Hình 2.13: Thiết bị xác định nhiệt độ vẩn đục theo GOST 5066 35

Hình 2.14: Thiết bị xác định trị số axit theo GOST 5985 35

Hình 2.15: Thiết bị xác định thành phần cất theo ASTM D86 36

Hình 2.16: Thiết bị xác định nhiệt độ đông đặc ASTM D97 36

Hình 2.17: Thiết bị xác định khối lượng riêng theo ASTM D1298 37

Hình 3.1: Phổ XRD của hệ xúc tác La, Zn/ZrO 2 -Al 2 O 3 -SO 4 2- 38

Hình 3.2: Đường hấp phụ - giải hấp đẳng nhiệt N 2 của hệ vật liệu xúc tác K, La, Zn/ZrO 2 -Al 2 O 3 -SO 4 2 39

Hình 3.3: Giản đồ EDX của mẫu K,La, Zn/ZrO 2 -Al 2 O 3 -SO 4 2- 40

Hình 3.4: Sắc kí đồ của mẫu B100 43

Hình 3.5: Sắc đồ HPLC của mẫu B100 45

Hình 3.6 Sự thay đổi độ nhớt vào hàm lượng của dầu Jatropha 46

Hình 3.7: Sự thay đổi khối lượng riêng theo hàm lượng B100 58

PHỤ LỤC BẢNG

Bảng 1.1: Một số chỉ tiêu kỹ thuật của biodiezel và diezel gốc khoáng 12

Bảng 1.2: So sánh xúc tác đồng thể và xúc tác dị thể 18

Bảng 3.1 Dữ liệu TPD-NH3 của xúc tác 39

Bảng 3.2 Dữ liệu TPD-CO 2 của xúc tác 39

Bảng 3.3 Kết quả phân tích phổ EDX của mẫu La, Zn/ZrO 2 -Al 2 O 3 -SO 4 2- 40

Bảng 3.4: Chỉ số axit của dầu Jatropha 41

Bảng 3.5: Ảnh hưởng của tỉ lệ thể tích metanol/ dầu Jatropha 41

Bảng 3.6: Ảnh hưởng của thời gian phản ứng este chéo hóa 42

Bảng 3.7: Thành phần một số sản phẩm chính trong mẫu B100 43

Bảng 3.8: Giá trị độ nhớt của hỗn hợp có hàm lượng dầu Jatropha khác nhau 45

Bảng 3.9 Hàm lượng metyyl este trong sản phẩm tính theo độ nhớt 46

Bảng 3.10: Kết quả phân tích nhiên liệu điêzen (DO 0,05S) gốc khoáng 47

Bảng 3.11: Kết quả phân tích nhiên liệu điêzen sinh học gốc (B100) 48

Bảng 3.12: So sánh một số chỉ tiêu của B100 và DO 49

Bảng 3.13: Kết quả phân tích mẫu B100 pha phụ gia với hàm lượng 300ppm 50

Bảng 3.14: Kết quả phân tích mẫu B100 pha phụ gia với hàm lượng 600ppm 50

Bảng 3.15: Kết quả phân tích mẫu B100 pha phụ gia với hàm lượng 900ppm 51

Bảng 3.16: Kết quả một số chỉ tiêu không bị ảnh hưởng khi pha phụ gia 52

Bảng 3.17: Sự thay đổi kết quả một số chỉ tiêu của các mẫu 53

Bảng 3.18: Kết quả phân tích các chỉ tiêu kỹ thuật của B5 53

Bảng 3.19: Kết quả phân tích các chỉ tiêu kỹ thuật của B10 54

Bảng 3.20: Kết quả phân tích các chỉ tiêu kỹ thuật của B15 55

Bảng 3.21: Kết quả phân tích các chỉ tiêu kỹ thuật của B20 56

Bảng 3.22: Sự thay đổi kết quả một số chỉ tiêu các mẫu pha trộn 57

Bảng 3.23: So sánh nhiệt độ đông đặc của các mẫu 58

LỜI CẢM ƠN

Luận văn được thực hiện tại phòng thí nghiệm Hóa dầu và Xúc tác Hữu cơ - Khoa Hóa học – Trường ĐHKHTN-ĐHQGHN và tại Phòng thử nghiệm của Trung tâm Hóa nghiệm Xăng dầu – Cục Xăng dầu

Với lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Trần Thị Nhƣ

Mai, GS.TSKH Ngô Thị Thuận đã định hướng đề tài nghiên cứu và hướng dẫn tận

tình trong suốt quá trình tôi làm luận văn

Tôi xin gửi lời cảm ơn tới các thầy giáo, cô giáo trong bộ môn Hóa học dầu

mỏ - Khoa Hóa học, đã tạo điều liện thuận lợi để tôi hoàn thành luận văn này

Tôi xin gửi lời cảm ơn tới lãnh đạo, chỉ huy và các đồng chí tại Trung tâm Hóa nghiệm Xăng dầu – Cục Xăng dầu đã tạo mọi điều liện thuận lợi để tôi hoàn thành luận văn này

Tôi xin gửi lời cảm ơn tới các đồng chí công tác tại Viện Hóa học - Vật liệu / Viện Khoa học Công nghệ Quân sự, Phòng thí nghiệm Trọng điểm – Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận văn này

Cuối cùng tôi xin cảm ơn những người thân trong gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã động viên và ủng hộ để tôi hoàn thành tốt luận văn

Hà Nội, ngày 10 tháng 12 năm 2013

Học viên

Nguyễn Việt Hùng

Biodiezel đã manh nha từ rất sớm năm 1853 nhờ công trình nghiên cứu của E.Dufy và J.Patrick về chuyển hóa este của dầu thực vật, nhưng Biodiezel chỉ được chính thức ghi nhận vào ngày 10/08/1893, ngày mà kỹ sư người Đức Rudolf Christian Karl Diesel cho ra mắt động cơ Diezel chạy bằng dầu lạc, sau đó ngày 10/08 được chọn là Ngày Biodiezl Quốc tế (International BD Day) Đến năm 1907 Herry Ford, người sáng lập công ty đa quốc gia Ford Motor Company, cho ra đời chiếc xe bằng Etanol Nhưng do xăng dầu có nguồn gốc từ nhiên liệu hóa thạch có giá rẻ hơn nên nhiên liệu sinh học chưa được coi trọng Nhưng trong thời gian gần đây, do giá xăng dầu tăng nhanh, nguy cơ cạn kiệt nhiên liệu hóa thạch đe dọa và yêu cầu bức thiết về chống sự biến đổi khí hậu toàn cầu mà nhiên liệu sinh học trở thành một nhu cầu thiết thực của nhân loại, nhất là khi các công nghệ biến đổi gen góp phần làm tăng đột biến sản lượng một số sản phẩm nông lâm nghiệp

Tóm lại, có thể hiểu một cách tổng quát Diezel là loại nhiên liệu bất kì dùng cho động cơ Diezel Dựa theo nguồn gốc, có thể chia Diezel thành 2 loại:

Petrodiezel (thường được gọi tắt là Diezel) là 1 loại nhiên liệu lỏng thu được khi chưng cất dầu mỏ ở phân đoạn có nhiệt độ từ 175 0C đến 370 0C, thành phần chủ yếu là hidrocacbon từ C16 – C21

Biodiezel: có nguồn gốc từ dầu thực vật hay mỡ động vật Các loại dầu mỡ động thực vật, dầu mỡ thải tuy rằng có thể cháy ở điều kiện thường nhưng vì có độ nhớt cao, một số loại có chỉ số axit lớn nên chúng không thể dùng trực tiếp cho các động cơ mà chúng cần phải được chuyển hoá thành Monoankyl - Este rồi mới đem

đi sử dụng Theo phương diện hóa học, Biodiezel là metyl este của những axit béo (trong đó, thành phần tạo năng lượng chủ yếu là gốc hidrocacbon)

Vào đầu thế kỷ XX, Rudolf Diesel đã dùng dầu lạc làm nhiên liệu cho động

cơ diezel mà ông phát minh ra Tuy nhiên, lúc này nguồn nhiên liệu từ dầu mỏ rất rẻ

và trữ lượng dồi dào, nên không ai quan tâm đến nguồn nhiên liệu từ dầu thực vật Gần một thế kỷ trôi qua, tình hình dân số thế giới ngày càng tăng nhanh, tốc độ phát

triển kinh tế - xã hội cũng ngày càng tăng mạnh, kéo theo nhu cầu sử dụng nhiên liệu ngày càng nhiều, để phục vụ cho các lĩnh vực khác nhau Điều này dẫn đến tình trạng nguồn nhiên liệu hóa thạch vốn có hạn, đang ngày càng cạn kiệt, giá dầu mỏ ngày càng đắt đỏ Hơn nữa, khi kinh tế - xã hội phát triển, người ta bắt đầu chú ý nhiều hơn đến môi trường, cũng như sức khỏe của con người, và ngày càng có nhiều quy định khắt khe hơn về mức độ an toàn cho môi trường đối với các loại nhiên liệu Chính những điều này đã đặt ra vấn đề cho các nhà khoa học, là phải nỗ lực tìm nguồn nhiên liệu thay thế, nguồn nhiên liệu thân thiện với môi trường, và nhiên liệu sinh học đã thật sự lên ngôi

Nhiên liệu sinh học có thể là giải pháp hiệu quả nhất hiện nay trên thế giới, bởi nó đem lại nhiều lợi ích như bảo đảm an ninh năng lượng và đáp ứng được các yêu cầu về môi trường Trong số các nhiên liệu sinh học, thì diezel sinh học (biodiezel) được quan tâm hơn cả, do xu hướng diezel hóa động cơ, và giá diezel khoáng ngày càng tăng cao Hơn nữa, biodiezel được xem là loại phụ gia rất tốt cho nhiên liệu diezel gốc khoáng, làm giảm đáng kể lượng khí thải độc hại, và nó là nguồn nhiên liệu có thể tái tạo được

Tại quyết định số 177/2007/QĐ-TTg, ngày 20/11/2007, Thủ tướng Chính

phủ đã ký quyết định phê duyệt “Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm

2015, tầm nhìn 2025”

Hiện nay, trong nước ta đã có nhiều công trình nghiên cứu tổng hợp biodiezel từ các sản phẩm nông nghiêp sẵn có như dầu đậu nành, dầu hạt cải, dầu cao su, mỡ cá, mỡ bò… và đã thu được kết quả khá tốt Tuy nhiên vì nền công nghiệp sản xuất dầu mỡ nước ta còn khá non trẻ, chưa đáp ứng được nguồn nguyên liệu cho sản xuất biodiezel ở quy mô lớn Ngoài ra, nếu sản xuất biodiezel từ dầu ăn tinh chế, hoặc từ mỡ động vật thì giá thành khá cao, và còn ảnh hưởng đến an ninh lương thực Do đó, việc tìm kiếm nguồn nguyên liệu rẻ tiền, phù hợp với tình hình của đất nước vẫn đang được tiếp tục nghiên cứu Vì vậy, việc tận dụng nguồn dầu phi thực phẩm làm nguyên liệu cho tổng hợp biodiezel là có ý nghĩa thực tế rất lớn Một trong những nguyên liệu cho việc tổng hợp biodiezel là đi từ dầu Jatropha

Hiện nay, việc tổng hợp biodiezel từ dầu jatropha đang được nhiều nước trên thế giới quan tâm bởi vì đây là nguồn nguyên liệu cho hàm lượng dầu cao và không cạnh tranh với thực phẩm Cây Jatropha được đánh giá là "vệ sĩ sinh thái", tạo ra hiệu ứng to lớn về bảo vệ môi trường

Các nghiên cứu về chế tạo biodiezel trước đây, chủ yếu tập trung vào nghiên cứu xúc tác cho phản ứng, vào sử dụng các nguồn nguyên liệu đầu và các quy trình tối ưu hóa phản ứng Vì vậy chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu, theo các hướng sau:

- Nghiên cứu, chế tạo biodiezel B100 từ dầu jatropha trên hệ xúc tác đa oxit kim loại La, Zn/ZrO2 -Al 2 O 3 -SO 4 2- chứa một lượng nhỏ K và Mg

- Đánh giá thành phần, chất lượng sản phẩm B100 chế tạo được và các sản phẩm B100 được pha phụ gia đa thành phần

- Khảo sát, đánh giá các chỉ tiêu kỹ thuật của các sản phẩm pha trộn giữa nhiên liệu diezel gốc khoáng và nhiên liệu diezel sinh học gốc (B100) được sản xuất

từ dầu Jatropha đã được pha phụ gia

Chương 1: TỔNG QUAN

1.1 Tìm kiếm nguồn năng lượng cho tương lai

Hiện nay vấn đề về năng lượng đang là một trong những mối quan tâm chính của thế giới Đầu thế kỷ 21, năng lượng hóa thạch cung cấp hơn 85 % tổng năng lượng tiêu thụ toàn cầu Năng lượng hóa thạch cung cấp năng lượng cho những phương tiện giao thông, các nhà máy công nghiệp, sưởi ấm các toà nhà và sản sinh

ra điện năng phục vụ đời sống con người Đã có rất nhiều dự đoán được đưa ra rằng, với tốc độ tiêu thụ năng lượng toàn cầu hiện nay thì trữ lượng dầu và khí tự nhiên sẽ thường xuyên nằm trên đà sụt giảm mạnh trong suốt thế kỷ XXI [45]

Hình 1.1: Dự đoán về sự biển đổi nhu cầu sử dụng ba nguồn năng lượng chính từ

năm 1850 đến năm 2050

Trong tương lai sẽ vẫn cần những nguồn năng lượng truyền thống như dầu

mỏ và khí đốt để đáp ứng nhu cầu năng lượng trên toàn thế giới Không những thế nguồn nguyên liệu hóa thạch còn tạo ra nguồn nguyên liệu đầu cho hầu hết các lĩnh vực sản xuất vật chất trên toàn thế giới mà hiện nay chưa có nguồn nguyên liệu nào thay thế được Nhưng những nguồn nguyên liệu hóa thạch này thì hữu hạn và gây ra những ảnh hưởng xấu đến môi trường khi sử dụng với mục đích là nguồn năng lượng Vì vậy một vần đề đã được đặt ra ngày càng thúc bách là nâng cao hiệu suất

sử dụng năng lượng, cũng như tìm kiếm những nguồn năng lượng thay thế, đặc biệt

là những nguồn năng lượng có thể tái sinh được [44]

Hiện nay có nhiều nguồn năng lượng sạch đã và đang được con người sản xuất, phát triển và sử dụng như: Điện năng được sản xuất từ hơi nước trên mặt biển,

năng lượng từ khí hiđro, năng lượng từ sóng biển (nhiệt năng biển), năng lượng từ nguồn nhiệt năng của Trái Đất (địa nhiệt), năng lượng từ gió, năng lượng Mặt trời,

năng lượng hạt nhân, … [46] nhưng vẫn chưa có một nguồn năng lượng nào đủ khả năng thay thế cho nguồn năng lượng hóa thạch truyền thống Một trong những phương án hiện nay được xem là khả thi nhất để giải quyết bài toán tìm kiếm nguồn nhiên liệu thay thế cho năng lượng hóa thạch đó là sử dụng các loại nhiên liệu sinh học, đặc biệt là biodiezel được sản xuất từ nguồn nguyên liệu là các loại dầu, mỡ động thực vật nhận được từ các sản phẩm thiên nhiên Hiện nay trên thế giới việc phát triển cây Jatropha để sản xuất biodiezel đang có triển vọng rất lớn

1.2 Giới thiệu về cây Jatropha [7,8]

Cây Jatropha curcas L., thuộc chi Jatropha, họ Thầu dầu Chi Jatropha có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp, ghép từ hai chữ Iatrós (bác sĩ) và trophé (thức ăn), ám chỉ công dụng làm thuốc của cây này Curcas là tên gọi thông thường của cây Physic nut ở Malabar, Ấn Độ Tên thông dụng ở các nước hiện nay là Jatropha, ở Việt Nam gọi là cây Cọc giậu, Cọc rào, Cây li, Ba đậu nam, Dầu mè

Hình 1.2: Hình ảnh cây Jatropha

1.2.1 Nguồn gốc

Jatropha là một loài cây có lịch sử 70 triệu năm, nguồn gốc từ Mexico (nơi duy nhất có hóa thạch của cây này) và Trung Mỹ, được người Bồ Đào Nha đưa qua

Cape Verde, rồi lan truyền sang châu Phi, châu Á, sau đó được trồng ở nhiều nước, trở thành cây bản địa ở khắp các nước nhiệt đới, cận nhiệt đới trên toàn thế giới

Từ năm 1991, Giáo sư người Đức là Klause Becker của Trường Đại học Stuttgart đã nhận đơn đặt hàng của Tập đoàn Daimler Chrysler hợp tác với hãng tư vấn của Áo tiến hành nghiên cứu cây Jatropha ở Nicaragua để làm nguyên liệu sản xuất diesel sinh học, từ đó dấy lên cơn sốt Jatropha trên phạm vi toàn cầu Hiện nay nhiều nước trên thế giới đang chạy đua phát triển cây này, nhất là các nước Ấn Độ, Trung Quốc, Thái Lan, Malaixia, Indonexia, Philippin, Mianma và nhiều nước Châu Phi, nhằm phục vụ nhu cầu năng lượng tại chỗ và xuất khẩu

1.2.2 Giá trị cây Jatropha

Jatropha vốn dĩ là một cây dại, bán hoang dại mà người dân các nước trồng chỉ để làm bờ rào và làm thuốc, nhưng với những phát hiện mới của khoa học, đã cho thấy Jatropha có tiềm lực giá trị cực kỳ to lớn, được đánh giá rất cao, thậm chí

đã có những lời ca ngợi có phần quá đáng, nhưng dù sao, Jatropha vẫn là một loại cây hết sức quý giá mà loài người phải quan tâm khai thác tốt những giá trị sinh học của cây này

Về kinh tế, xã hội

Phát hiện quan trọng nhất từ Jatropha là lấy hạt làm nguyên liệu sản xuất dầu diesel sinh học Hạt Jatropha có hàm lượng dầu trên 30%, từ hạt ép ra dầu thô, từ dầu thô tinh luyện được diezel sinh học và glyxerin Mặc dầu diezel sinh học được sản xuất từ nhiều loại nguyên liệu: cải dầu, hướng dương, đậu tương, dầu cọ, mỡ động vật…, nhưng sản xuất từ Jatropha vẫn có giá thành rẻ nhất, chất lượng tốt, tương đương với dầu diesel hóa thạch truyền thống

Nếu 1 ha Jatropha đạt năng suất 8-10 tấn hạt/ha/năm có thể sản xuất được 3 tấn diezel sinh học Loại dầu này sẽ thay thế được 1 phần dầu diezel truyền thống đang cạn kiệt, giảm thiểu được lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính, là loại dầu cháy hết và không có lưu huỳnh, là dầu sạch, thân thiện với môi trường

Hạt Jatropha sau khi ép dầu, 30% là sản phẩm dầu, 70% là khô dầu, có hàm lượng protein khoảng 30%, dùng làm phân hữu cơ quý, nếu khử hết độc tố có thể làm thức ăn gia súc cao đạm

1 ha Jatropha, giả thiết đạt 10 tấn hạt/ha/năm sẽ thu được các loại sản phẩm chủ yếu

có giá trị cao như sau:

+ Dầu diesel sinh học: 3 tấn x 700 USD/tấn = 2.100 USD

+ Bã khô dầu: 7 tấn x 300 USD/tấn = 2.100 USD

Như vậy 1 ha Jatropha tạo ra giá trị khoảng 4.200 USD/năm, lợi nhuận thu được sẽ phân phối cho nông dân sản xuất nguyên liệu và nhà đầu tư công nghiệp chế biến dầu

Sau khi ép dầu, bã khô dầu có hàm lượng N 4,14-4,78%, P2O5 0,5-0,66%, CaO 0,60-0,65%, MgO 0,17-0,21% được sử dụng làm phân hữu cơ rất tốt để bón cho các loại cây trồng, nhất là cho vùng sản xuất nông nghiệp hữu cơ, nông nghiệp sạch, vừa góp phần sản xuất sản phẩm sạch, vừa nâng cao độ phì của đất

Trong thành phần hạt Jatropha có độc tố curcin, có thể gây tử vong cho người và gây hại cho vật nuôi Phân tích 2 giống được sử dụng trong vườn giống của Trường Đại học Thành Tây, hàm lượng dinh dưỡng trong bã khô dầu: protein đạt 25,87-29,91%, xơ đạt 21,41-29,77%, tro đạt 4,86-5,11%, chất béo đạt 28,61-31,67%, sắt đạt 177,89-177,94 mg/kg và nhiều chất khoáng khác Nếu khử hết độc

tố thì bã khô dầu Jatropha trở thành một loại thức ăn giàu đạm cho các loài gia súc, gia cầm, tạo ra nguồn thức ăn chăn nuôi quý, góp phần giải quyết nhu cầu thức ăn công nghiệp sẽ thiếu hụt trầm trọng đối với ngành chăn nuôi nước nhà trong tương lai gần

Jatropha còn tạo ra hiệu ứng xã hội cực kỳ to lớn Do trồng ở các vùng miền núi nghèo túng, cây Jatropha sẽ tạo nhiều việc làm và thu nhập khả quan cho đồng bào các dân tộc, trong khi cho đến nay, trên đất dốc còn lại của các vùng này vẫn chưa tìm kiếm được bất cứ cây gì khả dĩ trồng được trên diện tích lớn, có thu nhập cao, lại có thị trường ổn định

Về môi trường

Jatropha là cây lâu năm, phủ đất cực kỳ tốt, tuổi thọ 50 năm, sinh trưởng phát triển được ở hầu hết các loại đất xấu, nghèo kiệt, đất dốc, đất trơ sỏi đá, không cháy, gia súc không ăn Bởi vậy cây Jatropha trồng trên các vùng đất dốc sẽ được coi là

cây "lấp đầy" lỗ hổng sinh thái ở các vùng sinh thái xung yếu miền núi, sớm tạo ra thảm thực bì dày đặc chống xói mòn, chống cháy, nâng cao độ phì của đất Không những vậy, Jatropha còn có thể trồng ở các vùng đất sa mạc hóa, bãi thải khai thác khoáng sản, góp phần phục hồi hệ sinh thái các vùng này Vì vậy cây Jatropha được đánh giá là "vệ sĩ sinh thái", tạo ra hiệu ứng to lớn về bảo vệ môi trường

Về y học

Trong thành phần cây Jatropha, đã chiết xuất được những hợp chất chủ yếu như tecpen, flavon, coumarin, lipit, sterol và alkaloit Nhiều bộ phận của cây này có thể chữa bệnh như lá, vỏ cây, hạt và rễ Rễ trị tiêu viêm, cầm máu, trị ngứa; dầu của hạt có thể nhuận tràng; dịch nhựa trắng tiết ra từ vết thương của cành có thể trị viêm lợi, làm lành vết thương, chữa trị bệnh trĩ và mụn cơm; nước sắc từ lá dùng để chữa trị bệnh phong thấp, đau răng…

Trong cây Jatropha có nhiều thành phần độc tố, nhất là phytotoxin (curcin) trong hạt, nếu được nghiên cứu sâu hơn rất có thể tạo ra hợp chất mới về nguồn dược, từ đó độc tố thực vật có thể trở thành một loại tài nguyên về nguồn dược liệu mới

1.3 Ứng dụng dầu, mỡ động thực vật trong sản xuất nhiên liệu

1.3.1 Sinh khối (Biomass): Sinh khối là tổng trọng lượng của sinh vật sống

trong sinh quyển hoặc số lượng sinh vật sống trên một đơn vị diện tích, thể tích vùng Sinh khối là một nguồn năng lượng có khả năng tái sinh, nó có chứa năng lượng hóa học, nguồn năng lượng từ mặt trời tích lũy trong thực vật qua quá trình quang hợp Nhiên liệu sinh khối có thể ở dạng rắn, lỏng, khí khi được đốt cháy sẽ giải phóng năng lượng [36]

Hình 1.3: Ước lượng sinh khối đã và chưa sử dụng trên toàn thế giới

1.3.2 Giới thiệu chung về dầu, mỡ động thực vật

Dầu, mỡ động thực vật (Vegetable oil and animal fat): là các lipit có nguồn

gốc từ các vật thể sống Về bản chất Hóa học, cả dầu và mỡ động thực vật đều được

tạo thành chủ yếu (~ 95 %) từ các triglyxerit của những axit béo có phân tử khối

lớn, thường là C12 ÷ C18, ví dụ như axit oleic, axit linoleic, axit palmitic, axit stearic…

Hình 1.4: Một phân tử triglyxerit trong dầu hạt cải Canola

Trong dầu, mỡ động thực vật còn có khoảng 5 % axit béo tự do, đó là loại

axit đơn chức, mạch thẳng và thường có số nguyên tử carbon chẵn Các axit béo không no có thể có 1, 2 hoặc 3 liên kết đôi, chúng dễ bị oxi hoá trong các điều kiện bình thường bởi oxy không khí làm cho dầu, mỡ bị ôi, thiu, bị polyme hoá tạo thành màng, bị khử ở vị trí nối đôi chuyển thành axit béo no Khả năng phản ứng của các axit béo không no tăng cùng với sự tăng của nối đôi Tính chất của dầu, mỡ do thành phần và bản chất của các axit béo quyết định Ngoài các axit béo tự do, còn có một lượng nhỏ các chất khác như: photpho lipit, sáp, …

1.3.3 Chuyển hóa dầu, mỡ động thực vật thành nhiên liệu

Hiện nay, dầu, mỡ động thực vật có một vai trò quan trọng trong công nghiệp hóa chất và nhiên liệu Đó là nguồn nguyên liệu lớn để sản xuất các loại dung môi, dược phẩm, nhựa, polyme, mực, sơn, mỹ phẩm và đặc biệt là đê sản xuất các loại nhiên liệu xanh như biodiezel Các sản phẩm nhiên liệu được sản xuất từ dầu, mỡ động thực vật và các sản phẩm chuyển hóa của chúng đang rất được quan tâm nghiên cứu bởi khả năng ứng dụng làm nhiên liệu thay thế cho các loại nguyên liệu

hóa thạch Một số hướng chuyển hóa chủ yếu của dầu, mỡ động thực vật thành nhiên liệu được tóm tắt như sau:

Hình 1.5: Sơ đồ chuyển hóa dầu mỡ động thực vật thành nhiên liệu

1.3.4 Phương pháp este hóa chéo

Phản ứng este hóa chéo hay phản ứng trao đổi este (Transesterification) là

một trong những phương pháp có tính thương mại nhất có thể, được ứng dụng để sản xuất biodiezel Các loại ancol khác nhau như metanol, etanol, propanol và butanol đều có thể được sử dụng Tuy nhiên, metanol và etanol là được sử dụng rộng rãi nhất, đặc biệt là metanol do giá thành rẻ và một vài ưu điểm khác trong quá trình vận chuyển và tiến hành phản ứng [19] Cũng như ảnh hưởng của nó đến các chỉ tiêu kỹ thuật của biodiezel được tạo thành (thành phần cất, nhiệt độ chớp lửa, nhiệt độ đông đặc, khối lượng riêng ) Tuy nhiên metanol là một hóa chất nguy hiểm nên cần phải cận thận trong quá trình sử dụng

Thuật ngữ transesterification được sử dụng để mô tả một nhóm phản ứng

quan trọng mà trong đó xảy ra quá trình trao đổi hợp phần OR1 của este bởi hợp phần OR2

của một ancol, phản ứng thường được xúc tác bởi axit, bazơ hoặc enzym [35]

Hình 1.6: Phản ứng este hóa chéo viết dưới dạng tổng quát

Ứng dụng thực tế của phản ứng este hóa chéo được áp dụng cho nhiều lĩnh vực, nhưng hiện nay quan trọng nhất là ứng dụng trong sản xuất biodiezel và

glyxerin Nguồn dầu mỡ thiên nhiên này được xử lý để loại bỏ các tạp chất cơ học rồi sử dụng làm nguyên liệu dầu để tiến hành phản ứng este hóa chéo với các ancol trong sự có mặt của xúc tác Toàn bộ quá trình là một chuỗi gồm ba phản ứng liên tiếp và thuận nghịch với các sản phẩm trung gian là các mono- và diglyxerit

Hình 1.7: Phản ứng este hóa chéo triglyxerit

Để chuyển hóa những phân tử kích thước lớn như triglyxerit thường phải thực hiện ở những điều kiện phản ứng khắc nghiệt về nhiệt độ, áp suất và và phải

có xúc tác Sự ra đời của các vật liệu xúc tác có những tính chất đặc trưng đã mở ra những bước phát triển đột phá trong lĩnh vực xúc tác, nhất là với những phản ứng chuyển hóa của những phân tử có kích thước cồng kềnh

1.4 Khái quát về nhiên liệu sinh học

1.4.1 Các định nghĩa

Nhiên liệu Sinh học (biofuel): là một trong số những loại nhiên liệu có

nguồn gốc từ sinh khối, thuật ngữ này bao gồm sinh khối rắn, nhiên liệu lỏng và các loại gas Sinh học khác Chúng là những chất đốt cơ bản chứa carbon nằm trong chu trình quang tổng hợp ngắn hạn Nhiên liệu Sinh học bao gồm nhiều thế hệ, nổi bật trong đó là thế hệ đầu tiên với bioalcol, bioete, biodiezel, diezel xanh, dầu thực vật, khí đốt tổng hợp, v.v…[37]

Diezel sinh học (biodiezel): là hỗn hợp các alkyl este của axit béo mạch dài

được sản xuất từ dầu, mỡ động, thực vật, nó có các tính chất tương đồng với diezel được sản xuất từ dầu mỏ và có thể sử dụng trực tiếp trong các động cơ diezel mà không cần phải thay đổi cơ cấu động cơ Biodiezel có những ưu điểm chính như điểm chớp cháy cao, chỉ số xetan lớn, tính nhờn cao khi được pha trộn với nhiên liệu đốt nén của dầu mỏ sẽ cải thiện tính bôi trơn của nhiên liệu [5], có thể bị phân hủy sinh học, thân thiện với môi trường do trong quá trình sử dụng bức xạ ít carbon

monoxit, cũng như các khí thải khác so với các nhiên liệu hóa thạch thông thường [18]

1.4.2 Đặc tính của biodiezel

So sánh tính chất của biodiezel, diezel truyền thống

Cũng giống như diezel sản xuất từ dầu mỏ, biodiezel có thể sử dụng cho các

động cơ đốt trong Biodiezel có thể được sử dụng trong các động cơ đốt-nén thông

thường [40] Ngoài ra, biodiezel cũng có thể được sử dụng dưới dạng tinh khiết

hoặc pha trộn với diezel theo các tỉ lệ (kí hiệu là Bxx, ví dụ như B20 là 20 %

biodiezel trong 80 % diezel) để có thể làm giảm lượng phát thải hạt rắn khỏi động

cơ [41]

Bảng 1.1: Một số chỉ tiêu kỹ thuật của biodiezel và diezel gốc khoáng

STT Tính chất gốc khoáng Diezel Biodiezel

1 Khối lượng riêng (kg/m3) 820  860 860  900

Ưu - nhược điểm khi sử dụng nhiên liệu biodiezel

Về mặt lí thuyết thì việc sử dụng nhiên liệu sinh học không làm cho hàm lượng khí CO2 (nguyên nhân chính gây ra Hiệu ứng nhà kính) trong khí quyển bị

tăng lên do đó việc nghiên cứu, phát triển các quy trình sản xuất và ứng dụng nhiên liệu sinh học nói chung đang thu hút được sự quan tâm của các nhà nghiên cứu trên toàn thế giới Hình 1.6 mô phỏng lại quá trình sản xuất nhiên liệu diezel sinh học Trong chu trình sản xuất và sử dụng biodiezel thì ban đầu khí CO2 trong khí quyển được hệ thực vật hấp thụ trong quá trình quang hợp

Sau đó, dầu được chiết xuất từ các bộ phận của thực vật và được chuyển hóa thành biodiezel Khi nhiên liệu biodiezel cháy sẽ sinh ra CO2 và các bức xạ khác quay trở lại khí quyển Quá trình này không làm tăng thêm lượng CO2 trong không khí bởi sau đó hệ thực vật sẽ hấp thụ lại CO2 trong quá trình quang hợp để phát triển.Đối với nhiên liệu hóa thạch như than đá, hoặc dầu mỏ khi bị đốt cháy thì toàn

bộ cacbon sẽ chuyển thành CO2 hoặc CO làm tăng hàm lượng CO2 trong không khí gây ảnh hưởng trầm trọng đến môi trường Sử dụng biodiezel làm nhiên liệu sẽ làm giảm sự phát thải khí CO ra ngoài không khí

Hình 1.8: Chu trình sản xuất và sử dụng biodiezel

Biodiezel là các metyl este (có oxi), còn có diezel gốc khoáng là các hydrocacbon (không có oxi) nên khi sử dụng nhiên liệu có chứa biodiezel càng lớn thì lượng khí CO bức xạ sẽ càng giảm, vì trong biodiezel có nhiều oxi hơn diezel nên phản ứng oxi hóa giữa CO và O2 diễn ra hoàn toàn tạo thành CO2 Đây là một

ưu điểm quan trọng của biodiezel do CO là một khí rất độc, gây ra nhiều bệnh về đường hô hấp Khi sử dụng nhiên liệu biodiezel không chỉ hàm lượng khí CO mà hàm lượng các hạt khí thải rắn, bức xạ cũng giảm Nguyên nhân có thể là do

biodiezel được sử dụng ở điều kiện nhiệt độ cao hơn nên tránh được sự oxi hóa không hoàn toàn và tích tụ của các sản phẩm chứa cacbon tạo thành các hạt thải rắn

Tuy nhiên, việc sử dụng biodiezel làm cho hàm lượng khí thải NOx tăng lên

do trong biodiezel thì hàm lượng oxy nhiều hơn so với diezel truyền thống nên trong các quá trình đốt cháy thì lượng nhiệt tỏa ra rất lớn thúc đẩy các quá trình oxi hóa N2 (trong không khí) thành NOx

Ngoài ra, việc sử dụng nhiên liệu biodiezel cũng gây ra một khó khăn về vấn

đề cơ cấu động cơ do nó có thể làm hỏng một số bộ phận bằng cao su và không dễ tương thích với động cơ, do vậy khi hoạt động thì động cơ bị rung động mạnh và nhanh hỏng hơn

Hiện nay, biodiezel chủ yếu được sản xuất trên cơ sở phản ứng este chéo hóa dầu, mỡ động thực vật

1.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng este chéo hóa

1.5.1 Ảnh hưởng của hàm lượng axit béo tự do

Sự có mặt của các axit béo tự do trong dầu mỡ động, thực vật có ảnh hưởng khá nhiều tới quá trình este chéo hóa, đặc biệt là trong trường hợp sử dụng xúc tác bazơ Với các phản ứng este chéo hóa dùng xúc tác bazơ cần có hàm lượng axit béo

tự do < 3 % Nếu hàm lượng axit béo tự do > 3 % thì cần sử dụng lượng bazơ nhiều hơn để trung hòa FFA, nhưng khi đó phản ứng sẽ sinh nhiều xà phòng và nước hơn

Xà phòng sinh ra làm tăng độ nhớt của hỗn hợp phản ứng, tạo thành gel và làm cho việc tách glyxerin trở nên khó khăn hơn Đồng thời, phản ứng còn sinh ra nhiều nước có thể làm cho metyl este bị thủy phân ngược lại trở về axit béo và metanol,

do đó tiêu tốn nhiều xúc tác hơn và hiệu suất của phản ứng bị giảm đi đáng kể [12]

1.5.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng

Trong các phản ứng hóa học, nhiệt độ luôn ảnh hưởng tới tốc độ của phản ứng Đối với phản ứng este chéo hóa nhiệt độ có vai trò thúc đẩy phản ứng Chẳng hạn đối với phản ứng metanol phân dầu hạt bông sử dụng xúc tác sulfuric axit thì

các đồ thị trên hình 1.9 chỉ ra rằng độ chuyển hóa tăng lên khi nhiệt độ tăng Khi

nhiệt độ tăng lên thì độ nhớt của dầu giảm đi, các phân tử trở nên linh động hơn và

tần xuất va chạm với nhau nhiều hơn nên dễ xảy ra phản ứng hơn Nhưng khi nhiệt

độ tăng lên vượt quá một ngưỡng tối ưu nào đó thì năng suất tạo ra biodiezel sẽ giảm vì nhiệt độ phản ứng cao cũng sẽ thúc đẩy các phản ứng xà phòng hóa và thủy phân metyl este Khi nhiệt độ phản ứng đạt đến nhiệt độ sôi của metanol trong hỗn hợp phản ứng, sẽ có nhiều bong bóng metanol được hình thành, sẽ hạn chế sự chuyển khối trên bề mặt phân cách pha Đồng thời metanol bị bay hơi làm giảm hiệu suất phản ứng và gây ô nhiễm môi trường bởi metanol rất độc hại

Hình 1.9: Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng và thời gian phản ứng đến độ chuyển

hóa của dầu hạt bông (cottonseed oil) [42]

Theo một số nghiên cứu thì các phản ứng sử dụng xúc tác bazơ tiến hành ở nhiệt độ thấp hơn so với các phản ứng sử dụng xúc tác axit [24]

1.5.3 Ảnh hưởng của thời gian phản ứng

Nghiên cứu của Freedman [43] đã cho thấy rằng tốc độ chuyển hóa tăng theo thời gian phản ứng Vì ban đầu phản ứng diễn ra chậm do sự trộn lẫn và phân tán của metanol vào dầu, mỡ Sau một thời gian thì tốc độ phản ứng tăng lên rất nhanh Tuy nhiên, nếu thời gian phản ứng quá lâu thì có thể xảy ra phản ứng ngược, phân hủy metyl este và làm giảm hiệu suất phản ứng Trong Công nghiệp, nếu thời gian phản ứng quá lâu cũng sẽ tác động đến yếu tố kinh tế Với xúc tác axit thì thời gian phản ứng chậm hơn so với xúc tác kiềm Xúc tác đồng thể thúc đẩy phản ứng nhanh hơn so với xúc tác dị thể

1.5.4 Ảnh hưởng của tỉ lệ

Về mặt lý thuyết, Tỉ số hợp thức của phản ứng este chéo hóa giữa ancol và dầu là 3 mol ancol và 1 mol dầu Phản ứng este hóa và transeste hóa là phản ứng

thuận nghịch, do đó muốn tăng độ chuyển hóa của phản ứng cần cho dư một chất phản ứng nên tỉ lệ metanol/dầu càng lớn thì càng thuận lợi cho phản ứng Hơn nữa, ngoài vai trò là chất tham gia phản ứng este hóa và transeste hóa, metanol còn là dung môi tạo môi trường cho phản ứng Trong phản ứng dòng liên tục cần phải tạo nguyên liệu có tính đồng nhất, vì vậy cần phải có dung môi trung chuyển sự hòa tan của metanol với dầu

Tuy nhiên, nếu sử dung lượng metanol quá lớn tức là tỉ lệ thể tích dầu/metanol quá thấp, sẽ làm giảm công suất hệ thiết bị do nồng độ nguyên liệu nạp vào hệ thiết bị quá loãng Mặt khác, nếu lượng metanol sử dụng lớn hơn nhiều so với lượng dầu dẫn đến lượng metanol lớn sẽ làm giảm khả năng tiếp xúc hay thời gian tiếp xúc giữa dầu với xúc tác [2, 3]

Mặt khác, Tỉ lệ phụ thuộc vào từng loại xúc tác Với việc sử dụng KOH như một xúc tác bazơ đồng thể thì đòi hỏi tỉ lệ khoảng cỡ 6 : 1, trong khi đó với một xúc tác bazơ dị thể như SrO hoặc CaO thì tỉ lệ tối ưu có thể là 12 : 1 hoặc lớn hơn một chút [28, 29]

1.5.5 Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác

Hàm lượng của xúc tác cũng ảnh hưởng nhiều đến độ chuyển hóa của glyxerit

và hiệu suất của phản ứng tạo metyl este Thông thường thì khi tăng hàm lượng xúc tác thì độ chuyển hóa và hiệu suất phản ứng cũng tăng lên, tuy nhiên đến một giá trị tối ưu nào đó thì các giá trị này sẽ giảm

1.6 Xúc tác cho phản ứng este hóa chéo

Các xúc tác axit, bazơ và enzym là các loại xúc tác đã được nghiên cứu cho quá trình sản xuất biodiezel Việc sử dụng xúc tác enzym – bazơ cho sản xuất bidiezel đã thu hút được nhiều sự quan tâm do enzym chịu được các axit béo tự do

và nước trong dầu, tránh tạo ra xà phòng nên việc tinh chế biodiezel và glyxerin là

dễ dàng hơn [38], Tuy nhiên, theo phương pháp này thì giá thành sản phẩm rất cao Các nghiên cứu chỉ ra rằng xúc tác được sử dụng cho phản ứng este chéo hóa có thể là xúc tác đồng thể [20, 21] hoặc xúc tác dị thể [22, 30] Việc sử dụng xúc tác

đồng thể làm cho phản ứng có thể tiến hành trong thời gian ngắn hơn và điều kiện phản ứng tương đối êm dịu [18], nhưng thiết bị sử dụng cho trường hợp này cần phải chịu được sự ăn mòn tốt Nhược điểm lớn nhất của xúc tác đồng thể là không thể tái sử dụng hoặc tái sinh, thậm chí xúc tác có thể bị tiêu hao trong quá trình phản ứng Việc tách xúc tác khỏi sản phẩm rất khó khăn, dẫn đến những chi phí sản xuất cao hơn [32] Hơn nữa, các quá trình sử dụng xúc tác đồng thể không thân thiện với môi trường bởi có một lượng lớn nước thải độc hại được tạo ra trong quá trình tách loại sản phẩm [31]

Việc phát triển các xúc tác dị thể axit rắn như là một giải pháp thích hợp để khắc phục những vấn đề liên quan đến các xúc tác đã được sử dụng trước nay như xúc tác đồng thể và xúc tác có tính bazơ.Các nghiên cứu mới tập trung chủ yếu chế

tạo các hệ xúc tác rắn trên cơ sở đa oxit kim loại và doping bằng phi kim nhằm cải

biến lực axit hoặc bazơ để tăng tốc độ cả phản ứng thủy phân và cả phản ứng ester hóa, đồng thời tăng độ chọn lọc của phản ứng ở nhiệt độ thấp tránh các phản ứng phụ [2, 3]

Ưu điểm của xúc tác axit rắn dị thể là không bị tiêu thụ hoặc hòa tan trong phản ứng và do đó có thể dễ dàng tách loại khỏi sản phẩm Kết quả là sản phẩm không chứa các tạp chất của xúc tác và chi phí của giai đoạn tách loại cuối cùng sẽ được giảm xuống, quá trình cũng có thể được thực hiện liên tục Xúc tác có thể dễ dàng tái sinh và tái sử dụng, đồng thời cũng thân thiện với môi trường hơn do không cần xử lí trong giai đoạn tách loại [33] Nhiều loại hiđroxit kim loại [24, 32], phức kim loại [34], oxit kim loại [22-29] và support [19, 30] đã và đang được thử nghiệm

và kiểm chứng về hoạt tính xúc tác của chúng đối với phản ứng este chéo hóa triglyxerit và nhận được nhiều kết quả khả thi

Tuy nhiên, một trong những vấn đề lớn liên quan đến xúc tác dị thể là sự hình thành của ba pha giữa xúc tác với ancol và dầu dẫn tới những giới hạn khuếch tán, do đó làm giảm tốc độ phản ứng [39] Một phương án để thúc đẩy các quá trình chuyển khối liên quan tới xúc tác dị thể là sử dụng các chất hoạt hóa cấu trúc (structure promoter) hoặc các xúc tác phân tán trên chất mang để có thể tạo ra diện

tích bề mặt riêng lớn hơn và nhiều mao quản hơn, thúc đẩy khả năng thu hút hay tập trung chất phản ứng là các phân tử triglyxerit có kích thước lớn trong các mao quản chứa các tâm xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng

do trong dầu nguyên liệu

Sử dụng được với các loại dầu nguyên liệu có hàm lượng nước và axit béo tự do cao

2 Điều kiện phản ứng

Đơn giản (nhiệt độ, áp suất thấp, thời gian phản ứng ngắn)

Phức tạp hơn (nhiệt độ, áp suất cao, thời gian phản ứng dài)

este chéo hóa

Ở Việt Nam hiện đang có hệ pilot chế tạo B100 công suất 200 tấn/năm theo công nghệ của Hàn Quốc sử dụng xúc tác rắn dị thể, công nghệ liên tục thực hiện ở nhiệt độ 200oC, áp suất 40 bar Với công nghệ này có thể thực hiện phản ứng este chéo hóa với các loại dầu có chỉ số axit tự do rất cao, có thể tới 180mgKOH/100g dầu

Việc nghiên cứu tìm kiếm, chế tạo các hệ xúc tác đa kim loại và phi kim thích hợp cho công nghệ chế tạo biodiezel từ các nguồn nguyên liệu có chỉ số axit

tự do cao, thực hiện một giai đoạn, hạn chế được các phản ứng phụ như phản ứng dehydrat metanol tạo ete, etilen, polime hóa, phản ứng tạo cặn, cốc… là rất cần thiết Trong hệ xúc tác K, Mg, La, Zn/ZrO2-Al2O3-SO42- khi đó với sự có mặt Al,

Zr, S trong hệ xúc tác làm xuất hiện tâm axit mạnh và sự có mặt của K, Mg làm

xuất hiện tâm bazơ mạnh và đây là hệ vật liệu có mao quản tập trung ở 11 nm [2]

1.7 Sơ lƣợc về một số chất phụ gia sử dụng cho biodiezel

Biodiezel là các metyl este của các axit béo no hoặc không no có mạch cacbon lớn, với thành phần hóa học như vậy nên biodiezel khi sử dụng, bảo quản sẽ

có một số các nhược điểm sau như:

Các hợp chất không no: dễ bị oxi hóa, dễ bị phân hủy sinh học, trị số xetan thấp,

Có chứa oxi: dễ bị phân hủy, gây ăn mòn, nhiệt trị thấp

Các hợp chất no (C18): dễ đóng rắn, độ nhớt cao,

Do đó cần phải bổ sung vào biodiezel các phụ gia hoặc các tổ hợp phụ gia có các tính chất ức chế oxy hóa, chống ăn mòn, hạ nhiệt độ nhiệt độ đông đặc, phụ gia diệt khuẩn để hạn chế các nhược điểm trên

Phụ gia nhiên liệu, dầu, mỡ là những hợp chất hữu cơ, cơ kim và vô cơ, thậm chí là các nguyên tố, được đưa vào để nâng cao tính chất riêng biệt cho sản phẩm cuối cùng Thường mỗi loại phụ gia được pha vào với nồng độ từ 0,01 đến 5% Tuy nhiên trong nhiều trường hợp một phụ gia có thể được đưa vào ở khoảng nồng độ dao động từ vài phần triệu đến 10% [1]

Trong thực tế có rất nhiều các chủng loại phụ gia khác nhau Mỗi loại phụ gia chủ yếu được sử dụng để đảm nhiệm một chức năng nhất định, nhưng có nhiều loại phụ gia đa chức Những chức năng quan trọng của phụ gia là: Làm tăng độ bền oxi hóa (phụ gia chống oxi hóa), chống ăn mòn, chống gỉ (chất ức chế gỉ), chống tạo cặn bám và bùn (phụ gia rửa), giữ tạp chất bẩn ở dạng huyền phù (phụ gia phân tán), giảm nhiệt độ đông đặc (phụ gia làm giảm nhiệt độ đông đặc), ngăn chặn sự phát triển của vi khuẩn (phụ gia diệt khuẩn), làm giảm và ngăn chặn sự mài mòn (phụ gia chống mài mòn) …

1.7.1 Phụ gia ức chế oxi hóa

Các phụ gia ức chế oxi hóa sẽ làm giảm sự tạo thành các sản phẩm oxi hóa từ biodiezel, sự oxi hóa rất dễ xảy ra ở các vị trí nối đôi trong mạch cacbon của sản phẩm Một số chất ức chế oxi hóa hiện nay như:

Các dẫn xuất của phenol 2,6-didterrbutyl – p- cresol (2,6

Trong đó R là các ankyl nhận được từ olefin

Các phenol có chứa N hoặc S; các hợp chất kẽm diankyldithiophotphat (ZnDDP); các hợp chất chứa S; các diankyldithiocacbamat kim loại; và còn nhiều các hợp chất khác

1.7.2 Phụ gia hạ điểm đông

Các phụ gia hạ điểm đông sẽ làm giảm khả năng chồng nối, đan cài vào nhau của các tinh thể được tạo ra, tránh tạo thành những khối lớn gây cản trở đối với sự dịch chuyển của dầu Phần lớn các phụ gia hạ điểm đông có chứa các sản phẩm polymer hóa và ngưng tụ Những sản phẩm chủ yếu được sử dụng với mục đích này

là các polymer alkylmetacrylat; polymeolefin; copolymer;

Naphtalen được ankyl hóa

Phần tan trong dầu

Phần hoạt động

bề mặt

Phần tan trong dầu

Hiện nay hệ ức chế ăn mòn imidazoline được sử dụng rộng rãi trên thế giới làm chất ức chế ăn mòn cho thép

Phụ gia diệt khuẩn còn được gọi là chất phòng phân hủy, chất diệt trùng dùng để ngăn ngừa và làm giảm sự phát triển của vi sinh vật như vi khuẩn, nấm mốc, các chất bẩn … Các phụ gia diệt khuẩn quan trọng nhất thuộc các nhóm hợp chất sau: phenol; hợp chất chứa clo; etanolamin; formandehyt và các hợp chất giải phóng ra formandehyt; triazin; các hợp chất dạng morfin

Mục đích của nghiên cứu:

- Điều chế hệ xúc tác K, Mg, La, Zn/ZrO2-Al2O3-SO42-

- Thực hiện phản ứng este chéo hóa dầu Jatropha tìm ra các điều kiện đạt được sản phẩm B100

- Sử dụng các phương pháp GC-MS, HPLC để đánh giá thành phần của sản phẩm B100

- Nghiên cứu sử dụng phụ gia đa chức năng (chống oxi hóa; hạ điểm đông; chống ăn mòn) được tổng hợp tại Viện Hóa học – Vật liệu/Viện Khoa học Công nghệ Quân sự trong sản phẩm B100; B5; B10; B15; B20 bằng các phép thử tiêu chuẩn ASTM; GOST

Chương 2: THỰC NGHIỆM

2.1 Quy trình tổng hợp xúc tác K, Mg, La, Zn/ZrO 2 -Al 2 O 3 -SO 4

2-Hòa tan hoàn toàn 10g kẽm nitrat tetrahydrate trong 1 lit nước cất Thêm từ từ KOH vào thấy xuất hiện kết tủa, tiếp tục cho KOH đến khi kết tủa tan hoàn toàn Thêm vào dung dịch trên 5g Lantan nitrat hexahydrate và 20g alginat Hòa tan tiếp 15g ZrOCl2 vào dung dịch trên Hỗn hợp được lắc trên máy lắc, vừa lắc vừa cho từ

từ 0,5kg bột γ-Al2O3 Khi cho hết γ-Al2O3, tiếp tục lắc, đồng thời nhỏ từ từ dung dịch NH3 đặc vào cho đến khi pH = 9, tiếp tục lắc trên máy lắc 2 giờ Thêm từ từ vào hỗn hợp dung dịch chứa 5g Al(NO3)3 và 5g Mg(NO3)2, tiếp tục lắc mạnh trong

2 giờ Lọc tách phần kết tủa, sấy ở 120oC trong 5 giờ, rồi nung ở 500o

C trong 05 giờ

Lượng chất rắn thu được ở trên, thực hiện quá trình trao đổi với 1 lit dung dịch dung dịch (NH4)2SO4 2M trên máy lắc trong 5 giờ, lọc tách phần kết tủa đem nung

ở 500oC trong 05 giờ thu được hệ xúc tác K, Mg, La, Zn/ZrO2-Al2O3-SO42-

Hình 2.1: Sơ đồ quy trình tổng hợp hệ vật liệu xúc tác K, Mg, La, Zn/ZrO 2

-Al 2 O 3 -SO 4 2- quy mô 0,5kg/mẻ

2.2 Đặc trưng tính chất vật liệu

Các đặc trưng tính chất của hệ xúc tác K, Mg, La, Zn/ZrO2-Al2O3-SO42- đã được nghiên cứu trong nhiều công trình khoa bởi các phương pháp như nhiễu xạ Rơnghen (XRD), ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) và phổ tán sắc năng lượng tia X

(EDX) để xác định thành phần các nguyên tố trong vật liệu, hấp phụ và giải hấp phụ

N2 để xác định diện tích bề mặt và sự phân bố mao quản, TPD-NH3 để xác định lực axit và nồng độ tâm axit, TPD-CO2 để xác định lực bazơ và nồng độ tâm bazơ

2.2.1 Phương pháp nhiễu xạ X-ray

Chùm tia Rơnghen đi qua tinh thể bị tán xạ bởi các nguyên tử trong tinh thể Hiện tượng này xảy ra trên lớp vỏ điện tử của các nguyên tử Các nguyên tử trở thành các tâm phát sóng cầu, các sóng này sẽ giao thoa với nhau Mỗi mạng tinh thể

có các cấu trúc đặc trưng mà cấu trúc tinh thể sẽ quyết định vị trí hình học cũng như cường độ của các cực đại giao thoa Vì vậy, mỗi cấu trúc tinh thể sẽ có một ảnh nhiễu xạ tia X đặc trưng

Khi chiếu chùm tia X tới bề mặt tinh thể và đi vào bên trong thì mạng tinh thể đóng vai trò như một cách tử nhiễu xạ đặc biệt Các tia tán xạ từ nguyên tử hay ion khác nhau nếu thoả mãn một số điều kiện nhất định sẽ giao thoa với nhau

Giao thoa là hiện tượng tăng cường biên độ dao động ở những điểm này và giảm yếu cường độ dao động ở những điểm khác trong không gian do sự chồng chất của hai hay nhiều sóng kết hợp cùng lan truyền đến các điểm đó

Phương trình Vulf-Bragg

Chiếu chùm tia X vào tinh thể tạo với mặt phẳng tinh thể một góc θ, khoảng cách giữa các mặt phẳng tinh thể là d như được biểu diễn trên hình 2.2

Hình 2.2: Sự phản xạ tia X trên các mặt tinh thể

Giả sử chùm tia X có bước sóng λ xác định chiếu vào mẫu chất thì khả năng phản xạ cực đại phụ thuộc vào góc θ giữa tia X chiếu vào và mặt phẳng tinh thể

Phương trình Vulf-Bragg

2d sin θ = n 

Nếu θ ứng với các giá trị n = 1, 2, 3 thì sự phản xạ sẽ cực đại tương ứng với các giá trị của θ như sau:

2.2.2 Phương pháp hấp thụ và giải hấp N 2

Phương pháp xác định diện tích bề mặt riêng của chất rắn là đo sự hấp phụ của N2 hoặc một số khí khác có khả năng thâm nhập vào tất cả các mao quản và tính toán diện tích bề mặt riêng dựa vào đường đẳng nhiệt hấp phụ

Phương pháp BET (Brunauner-Emmett-Teller) là phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất để xác định diện tích bề mặt của vật liệu thông qua phương trình BET:

1

1

P

P C V

C C V P

V: thể tích chất bị hấp phụ ở áp suất tương đối P/P0 tính bằng cm3

Vm: thể tích lớp hấp phụ đơn phân tử trên toàn bộ bề mặt S tính bằng cm3

C: hằng số liên quan đến năng lượng hấp phụ đối với lớp bị hấp phụ đầu tiên hay liên quan đến mức độ tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ

Diện tích bề mặt riêng SBET của vật liệu được xác định bởi phương pháp BET

(Brunauer,Emmett and Teller) Sự phân bố kích thước lỗ được tính theo phương

pháp BJH, độ dày thành mao quản đặc trưng cho từng vật liệu thuộc nhóm không gian khác nhau

2.2.3 Phương pháp giải hấp NH 3 theo chương trình nhiệt độ

Năm 1960, phương pháp giải hấp NH3 theo chương trình nhiệt độ (TPD- Temperature Programmed Desorption) được tìm ra để xác định lực axit và lượng các tâm axit tương ứng trên xúc tác Phương pháp này sử dụng NH3 như là một chất

dò, được hấp phụ đến bão hòa các tâm axit trên bề mặt xúc tác Các mẫu xúc tác sau khi hấp phụ cân bằng NH3 dưới điều kiện xác định sẽ được gia nhiệt theo chương trình nhiệt độ Khi năng lượng nhiệt cung cấp lớn hơn năng lựợng hấp phụ Các phân tử NH3 giải hấp khỏi bề mặt xúc tác và được khí mang đưa qua detector để xác định định lựợng

Lập đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc giữa lượng NH3 giải hấp theo nhiệt độ Trong quá trình giải hấp NH3 theo nhiệt độ, trên những tâm axit yếu sẽ giải hấp NH3trước, trên những tâm axit mạnh sẽ giải hấp NH3 sau Như vậy, các tâm có lực axit mạnh sẽ có Tmax lớn Tổng diện tích peak NH3 cho biết lượng khí bị hấp thụ và từ

Β : Tốc độ gia nhiệt tuyến tính

TP : Nhiệt độ của pic

Ed : Năng lựợng giải hấp

A : Lượng chất bị hấp phụ bão hòa

C : Hằng số tốc độ giải hấp

log(Tp2/β) phụ thuộc vào 1/TP theo phương trình bậc nhất nên đồ thị log(Tp2/β) theo 1/TP sẽ là đường thẳng hay nói cách khác log(Tp2/β) và 1/TP chỉ quan

hệ tuyến tính trong quá trình giải hấp theo chương trình nhiệt độ và từ đó có thể xác định giá trị Ed từ độ dốc của đồ thị

Dựa vào diện tích peak giải hấp tại các nhiệt độ khác nhau ta có thể xác định được lượng NH3 đã được giải hấp và từ đó đánh giá được lực axit và số lượng các tâm axit tương ứng Các tâm axit yếu sẽ giải hấp NH3 ở nhiệt độ thấp, còn các tâm axit mạnh hơn giải hấp NH3 ở nhiệt độ cao hơn

Tâm axit yếu giải hấp tại nhiệt độ ≤ 2000C

Tâm axit trung bình giải hấp ở nhiệt độ từ 200-4000C

Các tâm axit mạnh giải hấp ở nhiệt độ ≥ 4000C

2.2.3 Phương pháp giải hấp CO 2 theo chương trình nhiệt độ

Cũng như phương pháp giải hấp NH3 theo chương trình nhiệt độ, để xác định tâm và lực bazơ, người ta sử dụng phương pháp giải hấp CO2 theo chương trình nhiệt độ

2.2.4 Phổ tán sắc năng lượng tia X: EDX

Phổ tán sắc năng lượng tia X là kỹ thuật phân tích thành phần hóa học của chất rắn dựa vào việc ghi lại phổ tia X phát ra từ chất rắn do tương tác với các bức xạ (mà chủ yếu là chùm điện tử có năng lượng cao trong các kính hiển vi điện tử) Trong các tài liệu khoa học, kỹ thuật này thường được viết tắt là EDX hay EDS xuất

phát từ tên gọi tiếng Anh Energy-dispersive X-ray spectroscopy

Hình2.3:Nguyên lý của phép phân tích EDX.

Ảnh vi cấu trúc vật rắn được ghi lại thông qua việc sử dụng chùm điện tử có năng lượng cao tương tác với vật rắn Khi chùm điện tử có năng lượng lớn được chiếu

vào vật rắn, nó sẽ đâm xuyên sâu vào nguyên tử vật rắn và tương tác với các lớp điện tử bên trong của nguyên tử Tương tác này dẫn đến việc tạo ra các tia X có

bước sóng đặc trưng tỉ lệ với nguyên tử số (Z) của nguyên tử theo định luật Mosley:

Có nghĩa là, tần số tia X phát ra là đặc trưng với nguyên tử của mỗi chất có mặt trong chất rắn Việc ghi nhận phổ tia X phát ra từ vật rắn sẽ cho thông tin về các nguyên tố học có mặt trong mẫu đồng thời cho các thông tin về tỉ phần các nguyên tố này

Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý của hệ ghi nhận tín hiệu phổ EDX

Tia X phát ra từ vật rắn (do tương tác với chùm điện tử) sẽ có năng lượng biến thiên trong dải rộng, sẽ được đưa đến hệ tán sắc và ghi nhận (năng lượng) nhờ detector dịch chuyển (thường là Si, Ge, Li ) được làm lạnh bằng nitơ lỏng, là một con chip nhỏ tạo ra điện tử thứ cấp do tương tác với tia X, rồi được lái vào một anốt nhỏ Cường độ tia X tỉ lệ với tỉ phần nguyên tố có mặt trong mẫu Độ phân giải của phép phân tích phụ thuộc vào kích cỡ chùm điện tử và độ nhạy của detector (vùng hoạt động tích cực của detector)

Độ chính xác của EDX ở cấp độ một vài phần trăm (thông thường ghi nhận được sự có mặt của các nguyên tố có tỉ phần cỡ 3-5% trở lên) Tuy nhiên, EDX tỏ ra không hiệu quả với các nguyên tố nhẹ (ví dụ B, C ) và thường xuất hiện hiệu ứng trồng chập các đỉnh tia X của các nguyên tố khác nhau (một nguyên tố thường phát

ra nhiều đỉnh đặc trưng Kα, Kβ , và các đỉnh của các nguyên tố khác nhau có thể chồng chập lên nhau gây khó khăn cho phân tích)

2.3 Quy trình chế tạo biodiezen từ dầu jatropha

9: Tủ điều khiển nhiệt độ

Hình 2.5: Sơ đồ quy trình công nghệ gián đoạn

chế tạo B100 từ nguyên liệu dầu Jatropha

Phản ứng este chéo hóa dầu jatropha điều chế B100 sử dụng hệ xúc tác K, Mg,

La, Zn/ZrO2-Al2O3-SO42- được thực hiện trong bình phản ứng bằng inox dung tích 3 lít có hệ gia nhiệt và bảo ôn nhiệt Hệ phản ứng kèm theo khuấy cơ và sinh hàn để thực hiện phản ứng ở áp suất khí quyển (hình 2.5) Phản ứng được tiến hành với tỷ

lệ thể tích dầu Jatropha/ metanol là 1:4 tương ứng với tỉ lệ mol là 1:100 (tương ứng

0,5 lít dầu/2,0 lít metanol); lượng xúc tác được lấy theo tỉ lệ khối lượng là 1:5 so với khối lượng của dầu Nhiệt độ phản ứng là 65o

Quy trình xử lý sản phẩm

Hình 2.6: Sơ đồ quy trình xử lý sản phẩm

Khi kết thúc phản ứng, đóng van của sinh hàn hồi lưu (8a) và mở van của sinh hàn thẳng (8b), tiến hành chưng cất thu hồi methanol vào bình (7) Hỗn hợp còn lại được lọc để tách xúc tác Sản phẩm còn lỏng được chuyển vào phễu chiết 1 lít, đưa thêm 10 ml glyxerol đã được pha muối bão hòa để thay đổi tỉ trọng của glyxerol, để yên trong 5 giờ, sau đó tách glyxerol nằm ở dưới Rửa sản phẩm 3 lần, mỗi lần bằng

200 ml nước Sản phẩm cuối được lọc và làm khan bằng bentonit hoạt hóa và silicagel

Lượng methanol và glyxerol được tập hợp lại và tiến hành cất đơn để thu hồi methanol sử dụng quay vòng cho các phản ứng tiếp theo

2.3 Xác định chỉ số axit của dầu Jatropha

Trị số axit là số mg KOH cần dùng để trung hòa hết lượng axit có trong 1g dầu, đơn vị tính là: mgKOH/g

Cách tiến hành

Cân 3-5 g mẫu vào bình nón, thêm vào đó 50ml etanol lắc cho tan dầu Sau

đó cho vào bình 5 giọt chỉ thị phenolphtalein và chuẩn bộ bằng dung dịch chuẩn KOH 0,1N pha trong etanol cho đến khi xuất hiện màu hồng nhạt bền trong 30 giây

2.4 Phản ứng este chéo hóa dầu Jatropha với metanol

Để nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng

este chéo hóa, chúng tôi đã nghiên cứu phản ứng trong

phòng thí nghiệm với quy mô 0,1 lít dầu/ mẻ

Các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng là Nhiệt độ phản

ứng; tỷ lệ nguyên liệu đầu vào; lượng xúc tác; thời gian

phản ứng Khi tiến hành phản ứng các yếu tố được cố định

chỉ thay đổi một yếu tố nghiên cứu Tốc độ khuấy tối đa

Hình 2.7: Thiết bị phản

ứng phòng thí nghiệm

2.5 Đánh giá thành phần sản phẩm và độ chuyển hóa của phản ứng

Sản phẩm của phản ứng (B100) được phân tích trên máy GC-MS System - Hewlett HP 6800, Mass selective detector Hewlett HP 5973 Cột tách HP - 5 MS crosslinked PH 5 % PE Siloxane, 30m × 0,32μm Tại Trung tâm Hoá dầu, Khoa Hoá học, Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội

Hiệu suất của phản ứng thông qua việc phân tích sản phẩm B100 bằng phương pháp HPLC trên thiết bị HPLC Agilent 1200 series Cột XDP-C18, Detector RI, dung môi pha động axeton tại Phòng thí nghiệm trọng điểm – Viện hóa

học công nghiệp Việt Nam