Luận văn nghiên cứu công nghệ chiết tách cardanol từ dầu vỏ hạt điều và ứng dụng để sản xuất sơn tàu biển và vật liệu kết dính chất lượng cao

Luận văn nghiên cứu công nghệ chiết tách cardanol từ dầu vỏ hạt điều, ứng dụng sản xuất sơn tàu biển và vật liệu kết dính chất lượng cao.

• Tác giả: Pgs.ts Phạm Thế Trinh
• Trường học: Viện Hóa Học Công Nghiệp Việt Nam
• Chuyên ngành: Hóa học công nghiệp
• Đề tài: Nghiên cứu công nghệ chiết tách cardanol từ dầu vỏ hạt điều và ứng dụng để sản xuất sơn tàu biển và vật liệu kết dính chất lượng cao
• Loại tài liệu: Báo cáo tổng kết khoa học, kỹ thuật
• Năm xuất bản: 2008
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Chiết tách cardanol từ dầu vỏ hạt điều

Nghiên cứu tập trung vào chiết tách cardanol từ dầu vỏ hạt điều, một nguồn nguyên liệu tái tạo quan trọng. Cardanol là thành phần chính trong dầu vỏ hạt điều, có giá trị cao trong công nghiệp. Quá trình chiết tách bao gồm các phương pháp như sử dụng dung môi, CO2 siêu tới hạn và chưng cất. Các phương pháp này được đánh giá về hiệu suất và độ tinh khiết của cardanol. Kết quả cho thấy phương pháp sử dụng dung môi đạt hiệu suất cao nhất, phù hợp với quy mô công nghiệp.

1.1. Phương pháp chiết tách bằng dung môi

Phương pháp này sử dụng dung môi hữu cơ để tách cardanol từ dầu vỏ hạt điều. Quá trình bao gồm các bước: hòa tan dầu trong dung môi, tách các thành phần không mong muốn và tinh chế cardanol. Phương pháp này đạt hiệu suất chiết tách lên đến 85%, với độ tinh khiết cao. Đây là phương pháp phổ biến nhất do tính hiệu quả và chi phí thấp.

1.2. Phương pháp sử dụng CO2 siêu tới hạn

Phương pháp này sử dụng CO2 ở trạng thái siêu tới hạn để chiết tách cardanol. Ưu điểm của phương pháp là không sử dụng dung môi độc hại, thân thiện với môi trường. Tuy nhiên, chi phí đầu tư thiết bị cao và hiệu suất chiết tách thấp hơn so với phương pháp dung môi, chỉ đạt khoảng 70%.

II. Ứng dụng cardanol trong sản xuất sơn tàu biển

Cardanol được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất sơn tàu biển nhờ tính chất chống ăn mòn và bền với môi trường biển. Nghiên cứu tập trung vào việc tổng hợp nhựa epoxy từ cardanol để tạo màng sơn bảo vệ. Kết quả cho thấy sơn từ cardanol có độ bền cao, chống lại sự ăn mòn của nước biển và các tác nhân hóa học. Đây là giải pháp thay thế hiệu quả cho các loại sơn truyền thống.

2.1. Tổng hợp nhựa epoxy từ cardanol

Quá trình tổng hợp nhựa epoxy từ cardanol bao gồm phản ứng với formaldehyde và epoxy hóa. Nhựa epoxy thu được có tính chất cơ lý vượt trội, phù hợp làm chất tạo màng trong sơn tàu biển. Thí nghiệm cho thấy nhựa epoxy từ cardanol có độ bền kéo cao và khả năng chống thấm nước tốt.

2.2. Đánh giá hiệu quả sơn chống ăn mòn

Sơn từ cardanol được thử nghiệm trong môi trường nước biển nhân tạo. Kết quả cho thấy sơn có khả năng chống ăn mòn vượt trội, duy trì hiệu quả bảo vệ trong thời gian dài. Đây là ứng dụng tiềm năng trong ngành công nghiệp đóng tàu và bảo vệ công trình biển.

III. Ứng dụng cardanol trong vật liệu kết dính

Cardanol cũng được nghiên cứu để sản xuất vật liệu kết dính chất lượng cao. Nhựa phenolic và polyurethane từ cardanol có tính chất cơ lý ưu việt, phù hợp cho các ứng dụng công nghiệp. Nghiên cứu cho thấy vật liệu kết dính từ cardanol có độ bền nhiệt cao và khả năng chống hóa chất tốt, đáp ứng yêu cầu của các ngành công nghiệp hiện đại.

3.1. Tổng hợp nhựa phenolic từ cardanol

Nhựa phenolic được tổng hợp từ cardanol và formaldehyde, có tính chất cơ lý vượt trội. Nhựa này được sử dụng làm chất kết dính trong các vật liệu composite, mang lại độ bền và khả năng chịu nhiệt cao.

3.2. Ứng dụng trong vật liệu composite

Vật liệu composite từ cardanol được thử nghiệm trong các điều kiện khắc nghiệt. Kết quả cho thấy vật liệu có độ bền cơ học cao, khả năng chống ăn mòn và chịu nhiệt tốt, phù hợp cho các ứng dụng trong công nghiệp và xây dựng.

IV. Ý nghĩa và ứng dụng công nghiệp

Nghiên cứu về chiết tách cardanol và ứng dụng của nó trong sơn tàu biển và vật liệu kết dính mang lại giá trị kinh tế và môi trường lớn. Cardanol là nguồn nguyên liệu tái tạo, thân thiện với môi trường, giúp giảm phụ thuộc vào hóa chất tổng hợp. Các sản phẩm từ cardanol không chỉ đáp ứng nhu cầu công nghiệp mà còn góp phần phát triển công nghệ xanh.

4.1. Giá trị kinh tế

Việc tận dụng dầu vỏ hạt điều để sản xuất cardanol giúp tăng giá trị kinh tế cho ngành điều. Các sản phẩm từ cardanol có giá trị xuất khẩu cao, góp phần tăng thu nhập cho người nông dân và doanh nghiệp.

4.2. Bảo vệ môi trường

Các sản phẩm từ cardanol thân thiện với môi trường, giảm thiểu sử dụng hóa chất độc hại. Đây là hướng đi bền vững trong phát triển công nghiệp, phù hợp với xu hướng công nghệ xanh toàn cầu.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Dầu vỏ hạt điều (tên tiếng Anh: Cashew nut shell liquid – CNSL) là một loại sản phẩm có giá trị, đồng thời là một loại nguyên liệu rất quan trọng trong công nghiệp chế tạo vật liệu kết dính. Dầu vỏ hạt điều (DVHĐ) được ép, thu hồi từ vỏ hạt điều, xử lý và bảo quản. Thông thường, từ 1 tấn hạt khô có thể chế biến được 250-300 kg nhân và 700-750 kg vỏ hạt. Từ 700 kg vỏ hạt có thể ép và trích ly được 154 kg dầu.

Trong dầu vỏ hạt điều có một thành phần chủ yếu và rất hữu ích khi biến tính hóa học đó là cardanol. Đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về cardanol được các nhà khoa học thế giới tiến hành thực hiện. Các công trình nghiên cứu về cardanol tập trung đặc biệt nhiều tại các nước có nền công nghiệp phát triển, như Mỹ, Đức, Nhật, Ý và Canada…Sở dĩ có nhiều công trình nghiên cứu và triển khai về cardanol như vậy là do các sản phẩm biến tính hóa học của nó có tính chất quý giá, như các loại vật liệu kết dính chất lượng cao dùng làm chất tạo màng để sản xuất sơn tàu biển; các loại vật liệu ép, chịu nhiệt, bền hóa chất cho các thiết bị công trình trong công nghiệp và các loại vật liệu cách điện, ứng dụng trong công nghiệp điện và điện tử… Việt Nam là một nước khí hậu nhiệt đới rất thuận lợi cho cây điều phát triển. Năm 2006 và 2007, Việt Nam đứng vị trí thứ nhất về xuất khẩu hạt điều trên thế giới.

Chính phủ đang rất quan tâm và chủ trương phát triển diện tích trồng điều. Năm 2010, dự kiến diện tích trồng điều cả nước tăng lên 360.000 ha, sản lượng hạt điều thô dự kiến đạt 500. Như vậy, sản lượng dầu vỏ hạt điều dự kiến đạt 77. Cardanol tách từ DVHĐ có thể tham gia phản ứng đa tụ với formaldehyde hoặc biến tính với một số nhựa khác như epoxy, tạo thành vật liệu kết dính rất có giá trị, ứng dụng để sản xuất các loại sơn chất lượng cao, trong đó có sơn tàu biển, sơn chống hà.

Trong khi đó, việc nghiên cứu và triển khai ứng dụng vật liệu này ở nước ta hiện tại chưa nhiều, chúng ta đang tiếp tục phải nhập các loại sơn cao cấp với một lượng ngoại tệ lớn. Vì vậy, đề tài:” Nghiên cứu công nghệ 1 chiết tách cardanol từ dầu vỏ hạt điều và ứng dụng để sản xuất sơn tàu biển và vật liệu kết dính chất lượng cao” là vấn đề rất cần thiết, có ý nghĩa khoa học và ứng dụng thực tiễn. Mục tiêu của đề tài là nhằm hoàn thiện công nghệ chiết tách cardanol từ dầu vỏ hạt điều và xác định công nghệ tổng hợp nhựa trên cơ sở cardanol từ DVHĐ và chế tạo ra vật liệu kết dính chất lượng cao, dùng làm chất tạo màng sản xuất sơn tàu biển, sơn cho thiết bị, công trình vùng biển. Từ mục tiêu trên, đề tài được thực hiện với nhưng nội dung sau: - Lựa chọn công nghệ sản xuất dầu từ vỏ hạt điều.

- Hoàn thiện công nghệ chiết tách cardanol từ dầu vỏ hạt điều. - Phân tích đánh giá chất lượng sản phẩm. - Sản xuất thử nghiệm cardanol. - Lựa chọn và xác định tiêu chuẩn ổn định cho nguyên liệu đầu (dầu vỏ hạt điều, cardanol, formaldehyde, epoxy, xúc tác).

- Tiến hành tổng hợp nhựa và xử lý sản phẩm (nghiên cứu ảnh hưởng của các thành phần tham gia chất xúc tác, nhiệt độ, thời gian …). Lựa chọn điều kiện công nghệ tối ưu. - Phân tích tính chất cơ, lý, hóa của sản phẩm nhựa tổng hợp. - Chế thử: 20 kg vật liệu kết dính - Chế thử: 50 kg sơn cho tàu biển.

2 PHẦN 1: TỔNG QUAN 1. Giới thiệu chung về cây điều (Anacardium occidentale L. Đặc điểm thực vật cây điều Cây điều (Anacardium occidentaleL.), thuộc chi Anacardium, họ Anacardiaceae (họ soài), còn gọi là cây đào lộn hột, tên tiếng anh cashew nut tree. Họ soài là một họ lớn phân bố rộng rãi, trong đó, cây điều là một cây rừng nhiệt đới, dễ thích nghi với các điều kiện khí hậu, đất đai khác nhau, không kén đất, chịu được hạn, đặc biệt phát triển tốt và cho quả có chất lượng cao ở vùng nhiệt đới gió mùa.

Cây điều (Anacardium occidentaleL.) Về mặt phân loại, chi Anacardium chỉ có một loài Anacardium occidentaleL. Nhưng trong gây trồng căn cứ vào màu sắc của quả thịt khi chín, người ta thường phân biệt hai giống là điều đỏ và điều vàng [1]. 3 Cây điều có tuổi thọ lên tới 30 ÷ 40 năm thuộc lớp cây hai lá mầm, thân mộc, rễ cọc, bộ rễ phát triển có thể ăn xuống rất sâu, do đó cây chịu hạn tốt. Thân cao từ 6 ÷ 8 mét, trồng nơi đất tốt cây có thể đạt chiều cao trên 10m.

Thân phân cành sớm, cành mọc ngang ngay từ gốc, cành phát triển đều đặn và tạo thành một tán hình ô xòe rộng. Vỏ thân và vỏ nhánh có nhiều mủ. Lá đơn, nguyên, hình trái xoan hoặc trứng ngược, hơi tròn ở chóp. Lá lớn, dài từ 10 ÷ 20 cm, rộng 5 ÷ 10 cm.

Hoa nhỏ, mọc thành từng chùm, cánh màu vàng hoặc trắng có gân đỏ hay hồng. Mỗi chùm hoa gồm ba loại hoa: hoa đực, hoa lưỡng tính và hoa cái thoái hóa, trong đó phần lớn là hoa đực, hoa lưỡng tính chỉ chiếm khoảng 14%, nhưng số lượng và tỷ lệ các loại hoa cũng thay đổi do điều kiện ngoại cảnh. Hoa thụ phấn nhờ côn trùng hoặc gió. Cây điều mọc được 3 năm thì bắt đầu trổ hoa, thời gian ra hoa kéo dài 2 ÷ 4 tháng [1, 2].

Quả điều theo tên gọi thông thường thật ra chỉ là một trái giả do phần cuống phình lên tạo thành, còn trái điều thật sự chính là hạt điều như tên thường gọi. Sau khi hoa thụ phấn, hạt (trái thật) phát triển rất nhanh trong một tháng rưỡi thì đạt đến kích thước tối đa, khi đó cuống bắt đầu phình to thành trái (trái giả) chiếm 90% trọng lượng cả trái và hạt điều. Quả điều hình trái lê, nặng 45 ÷ 60 g, màu đỏ, hồng hay vàng, cơm mềm chứa nhiều nước, vị thơm, ngọt, chua và chát, ăn gắt cổ. Loại điều vàng thường quả lớn hơn, nhiều nước và vị ngọt hơn loại điều đỏ.

Hạt điều có dạng hạt đậu lớn, màu xám xanh khi còn tươi, khi phơi hay sấy khô hạt có màu nâu. Hạt điều mọc lộ ra ở đầu trái nên còn gọi là đào lộn hột. Hạt điều nặng khoảng 5 ÷ 7 g, dài từ 2,5 ÷ 3,2 cm, rộng từ 1,6 ÷ 2,2 cm và dày từ 1,3 ÷ 1,6 cm, gồm ba phần: - Phần vỏ ngoài, chiếm 70% trọng lượng hạt, vỏ có ba lớp. Vỏ ngoài dai, cứng, vỏ giữa xốp có cấu tạo hình tổ ong, trong chứa dầu.

Trọng lượng dầu vỏ hạt điều khoảng 21% trọng lượng hạt. Vỏ trong rất cứng; - Phần vỏ lụa bao quanh nhân, chiếm 5% trọng lượng hạt; 4 - Phần nhân điều chiếm 25% trọng lượng hạt, nhân màu trắng, chứa nhiều dầu, ăn bùi, béo và thơm [1,3]. Tình hình kinh tế cây điều Sản phẩm chính của ngành hàng điều là nhân điều, được tách từ hạt điều. Nhân hạt điều qua chế biến đã được rang chín, có mùi vị thơm ngon rất đặc trưng, dùng trong thực phẩm.

Sản lượng và xuất khẩu hạt điều và nhân điều những năm gần đây được thống kê trong bảng 1. Sản lượng hạt điều thô trên thế giới Nước 2003 2004 2005 2006 2007 Brazil 400 447,2 450,0 450 447 Ấn Độ 535 544,0 573,0 580 583 Mozabic 54 55,2 55,0 57 57 Tanzania 100 110,4 111,6 114 115 Nigieria 80 184,0 186,0 190 186 Indonexia 50 73,6 74,0 75 66 Việt Nam 159 206,0 232,0 300 350 Thái Lan 45 66,0 70,0 74 71 Các nước khác 21 43,6 33,4 50 58 Toàn thế giới 1460 1840,0 1860,0 1900 1950 Đơn vị: 1000 tấn Bảng 1. Xuất khẩu nhân điều một số nước trên thế giới Nước 2003 2004 2005 2006 2007 Brazil 150 150,0 100,0 100,0 100,0 Ấn Độ 230 126,0 114,0 118,0 118,0 Mozabic 20 20,2 20,3 20,5 20,5 Tanzania 35 37,0 38,0 38,5 38,5 Nigieria 30 60,0 60,0 60,5 60,4 Indonexia 16 18,0 17,0 18,0 18,0 Việt Nam 84 105,0 110,0 130,0 152,0 Đơn vị: 1000 tấn 5 Trong vòng 10 năm qua, sản lượng điều thế giới tăng gấp hơn 2 lần, đạt gần 2 triệu tấn. Trong đó, hai nước có sản lượng lớn nhất là Ấn Độ và Việt Nam.

Trong khi Việt Nam xuất khẩu hầu hết nhân điều sản xuất được thì Ấn Độ tự tiêu thụ gần một nửa sản lượng. Vì lý do đó mà năm 2004 Việt Nam đứng thứ 3 về xuất khẩu nhân điều, sau Ấn Độ và Brazil dần đã vượt lên đứng thứ 2 năm 2005 và đứng thứ nhất cả hai năm 2006 và 2007. Sản lượng hạt điều thế giới mấy năm qua liên tục tăng, nguyên nhân chính là tăng diện tích trồng điều. Ở nước ta, diện tích trồng điều một số năm gần đây được thống kê trong bảng 1.

Diện tích trồng điều ở Việt Nam Vùng/tỉnh 2000 2002 2004 2007 1. Vùng duyên hải Nam Trung Bộ 50 55 87 84 Bình Định 10 11 17 14 Phú Yên 6 6,6 10 10 Khánh Hòa 5 5,5 8 8 Ninh Thuận 5 5,5 8 8 Bình Thuận 15 16 25 16 2. Vùng Đông Nam Bộ 120 132 210 260 Bình Phước - 60 100 120 Đồng Nai 30 33 50 60 Sông Bé 50 55 80 100 Tây Ninh 60 66 100 130 TP. Hồ Chí Minh 3,5 4 6 7 3.

Tây Nguyên 20 22 40 38 Daklac 10 11 25 23 Các tỉnh khác 10 11 15 15 4. Đồng bằng sông Cửu Long 10 11 17 17 Toàn quốc 200 220 350 350 Đơn vị: 1000 ha 6 Sản phẩm thứ hai của ngành hàng điều là dầu vỏ hạt điều (DVHĐ). DVHĐ là dầu trích ra từ vỏ hạt điều, có giá trị sử dụng công nghiệp rất cao. Hiện nay, nước ta đã có trên mười cơ sở chế biến dầu điều từ vỏ hạt điều với sản lượng dao động từ 12.

Giá xuất khẩu đạt 425 – 450 USD/tấn. Sản lượng dầu ước tính nếu chế biến toàn bộ hơn 310 ngàn tấn vỏ hạt là 46,4 ngàn tấn. Trên thế giới tình hình xuất khẩu DVHĐ ở Ấn Độ được thống kê trong bảng 1. Xuất khẩu dầu vỏ hạt điều của Ấn Độ từ năm 2003 đến 2006 2003 - 2004 2004 – 2005 2005 – 2006 Số Số Số Tên nước Giá trị Giá trị Giá trị lượng lượng lượng (Rs.Crs/tấn) (Rs.Crs/tấn) (Rs.