Nghiên Cứu Quá Trình Nhiệt Phân Bã Mía Thành Nhiên Liệu Lỏng Sử Dụng Chất Xúc Tác HZSM-5

• Tác giả: Huỳnh Văn Nam
• Người hướng dẫn: PGS. Văn Đình Sơn Thọ
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học
• Đề tài: Nghiên Cứu Quá Trình Nhiệt Phân Bã Mía Thành Nhiên Liệu Lỏng Sử Dụng Chất Xúc Tác Trên Cơ Sở HZSM-5
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. MỞ ĐẦU
• 1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
• 1.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN
• 1.2.1. Mục tiêu tổng quát
• 1.2.2. Mục tiêu cụ thể
• 1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
• 1.4. PHẠM VI NGHIÊN CỨU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 1.4.1. Phạm vi nghiên cứu
• 1.4.2. Phương pháp nghiên cứu
• 1.5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
• 1.6. ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN ÁN
• 1.7. TRÌNH TỰ LUẬN ÁN
• 1.7.1. Quá trình cháy của dầu nhiệt phân
• 1.7.2. Quá trình nhiệt phân không xúc tác
• 1.7.3. Cơ chế của quá trình nhiệt phân
• 1.7.4. Động học của quá trình nhiệt phân
• 1.7.5. Sản phẩm của quá trình nhiệt phân
• 1.7.6. Nguyên liệu sinh khối
• 1.7.7. Thành phần của bã mía
• 1.7.8. Tiềm năng sinh khối ở Việt Nam
• 1.7.9. Tổng quan về xúc tác zeolite ZSM-5
• 1.7.10. Thành phần và cấu trúc của xúc tác ZSM-5
• 1.7.11. Hoạt tính xúc tác ZSM-5
• 1.7.12. Quá trình nhiệt phân trên xúc tác ZSM-5 và Me/ZSM-5
• 1.7.13. Quá trình chuyển hóa hợp chất furanic và phenolic trên xúc tác ZSM-5
• 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Quá trình nhiệt phân sinh khối trên cơ sở xúc tác ZSM-5
• 2.2. Tình hình nghiên cứu quá trình nhiệt phân ở Việt Nam và trên thế giới
• 2.3. Nguyên liệu, hóa chất
• 2.4. Các phương pháp phân tích
• 2.4.1. Phương pháp xác định thành phần của bã mía
• 2.4.2. Phương pháp xác định thành phần nguyên tố và nhiệt trị
• 2.4.3. Phương pháp phân tích nhiệt khối lượng (TGA)
• 2.4.4. Phương pháp phân tích phổ hồng ngoại (FT-IR)
• 2.4.5. Phương pháp phân tích sắc ký khí (GC)
• 2.4.6. Phương pháp phân tích sắc ký khí khối phổ (GC-MS)
• 2.4.7. Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (XRD)
• 2.4.8. Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ – giải hấp phụ N2 ở 77K (BET)
• 2.4.9. Phương pháp khử hấp phụ NH3 theo chương trình nhiệt độ (TPD-NH3)
• 2.4.10. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) và phân tích năng lượng tán xạ tia X (EDX)
• 2.4.11. Phương pháp phổ điện tử quang tia X (XPS)
• 2.4.12. Phương pháp đặc trưng hóa lý của sản phẩm lỏng
• 2.4.13. Phương pháp tính toán động học và đặc trưng cháy
• 2.4.13.1. Động học các giai đoạn của quá trình nhiệt phân
• 2.4.13.2. Phương pháp xác định mô hình và các thông số động học
• 2.4.13.3. Phương pháp phân tích đặc trưng cháy
• 2.4.14. Phương pháp tổng hợp vật liệu xúc tác
• 2.4.14.1. Tổng hợp xúc tác HZSM-5
• 2.4.14.2. Tổng hợp xúc tác Zn/HZSM-5, Fe/HZSM-5
• 2.4.15. Thực nghiệm quá trình nhiệt phân
• 2.4.15.1. Nhiệt phân bã mía không xúc tác
• 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Đặc trưng của nguyên liệu bã mía
• 3.2. Đặc trưng kỹ thuật, thành phần hóa học của bã mía
• 3.3. Đặc trưng các liên kết hóa học của bã mía
• 3.4. Đặc trưng quá trình phân hủy nhiệt của bã mía
• 3.5. Động học quá trình phân hủy nhiệt của bã mía
• 3.6. Động học các giai đoạn và khả năng bẻ gãy các liên kết hóa học trong quá trình phân hủy nhiệt của bã mía
• 3.7. Mô hình động học chung của quá trình nhiệt phân bã mía
• 3.8. Quá trình nhiệt phân bã mía không xúc tác
• 3.9. Hiệu suất sản phẩm quá trình nhiệt phân theo nhiệt độ
• 3.10. Đặc trưng của sản phẩm rắn nhiệt phân
• 3.11. Đặc trưng của sản phẩm khí nhiệt phân
• 3.12. Đặc trưng của sản phẩm lỏng nhiệt phân
• 3.13. Quá trình nhiệt phân bã mía có xúc tác
• 3.14. Kết quả tổng hợp và đặc trưng cấu trúc vật liệu xúc tác
• 3.15. Nhiệt phân xúc tác furfural và guaiacol
• 3.16. Nhiệt phân xúc tác sinh khối bã mía
• 4. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về nghiên cứu nhiệt phân bã mía thành nhiên liệu lỏng

Nghiên cứu nhiệt phân bã mía thành nhiên liệu lỏng là một trong những hướng đi tiềm năng trong việc phát triển nguồn năng lượng tái tạo. Bã mía, một sản phẩm phụ từ ngành công nghiệp đường, chứa nhiều hợp chất hữu cơ có thể được chuyển hóa thành nhiên liệu lỏng thông qua quá trình nhiệt phân. Việc sử dụng chất xúc tác HZSM-5 trong quá trình này không chỉ giúp tăng hiệu suất sản phẩm mà còn cải thiện chất lượng nhiên liệu lỏng thu được.

1.1. Tính cấp thiết của nghiên cứu nhiệt phân bã mía

Nhu cầu năng lượng ngày càng tăng và sự cạn kiệt của nguồn năng lượng hóa thạch đã thúc đẩy nghiên cứu về năng lượng sinh học. Bã mía, với tiềm năng lớn, có thể trở thành nguồn nguyên liệu quý giá cho sản xuất nhiên liệu lỏng.

1.2. Mục tiêu nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Mục tiêu chính của nghiên cứu là cải thiện chất lượng dầu nhiệt phân từ bã mía, nhằm tạo ra nhiên liệu lỏng có thể thay thế dầu FO. Nghiên cứu này không chỉ có giá trị khoa học mà còn có ứng dụng thực tiễn trong ngành năng lượng.

II. Vấn đề và thách thức trong quá trình nhiệt phân bã mía

Quá trình nhiệt phân bã mía gặp nhiều thách thức, bao gồm việc kiểm soát nhiệt độ và thời gian phản ứng để tối ưu hóa sản phẩm. Sản phẩm lỏng thu được thường chứa nhiều hợp chất oxy hóa, làm giảm giá trị năng lượng. Việc sử dụng chất xúc tác HZSM-5 có thể giúp cải thiện tình trạng này.

2.1. Các vấn đề chính trong quá trình nhiệt phân

Hàm lượng oxy cao trong sản phẩm lỏng là một trong những vấn đề lớn nhất. Điều này dẫn đến nhiệt trị thấp và độ acid cao, gây khó khăn trong bảo quản và sử dụng.

2.2. Thách thức trong việc nâng cấp dầu nhiệt phân

Việc nâng cấp dầu nhiệt phân để giảm hàm lượng oxy và tăng hàm lượng hydrocarbon là một thách thức lớn. Cần có các phương pháp hiệu quả để cải thiện chất lượng dầu.

III. Phương pháp nghiên cứu quá trình nhiệt phân bã mía

Nghiên cứu sử dụng các phương pháp phân tích hiện đại để đánh giá thành phần hóa học và đặc trưng của bã mía. Các phương pháp như TGA, FT-IR, và GC-MS được áp dụng để phân tích sản phẩm lỏng và xác định các thông số động học của quá trình nhiệt phân.

3.1. Phương pháp phân tích thành phần bã mía

Sử dụng các phương pháp phân tích như TGA và FT-IR để xác định thành phần hóa học và nhiệt trị của bã mía. Điều này giúp hiểu rõ hơn về khả năng chuyển hóa của bã mía.

3.2. Đánh giá hiệu suất của chất xúc tác HZSM 5

Nghiên cứu đánh giá hiệu suất của chất xúc tác HZSM-5 trong quá trình nhiệt phân bã mía. Các thông số như nhiệt độ và thời gian phản ứng sẽ được tối ưu hóa để đạt được sản phẩm lỏng chất lượng cao.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc sử dụng chất xúc tác HZSM-5 đã cải thiện đáng kể chất lượng sản phẩm lỏng từ bã mía. Sản phẩm thu được có hàm lượng hydrocarbon cao hơn và hàm lượng oxy thấp hơn, phù hợp cho việc sử dụng làm nhiên liệu.

4.1. Đặc trưng hóa lý của sản phẩm lỏng

Sản phẩm lỏng từ quá trình nhiệt phân có đặc trưng hóa lý tốt hơn, với độ nhớt và độ acid thấp hơn. Điều này giúp cải thiện khả năng sử dụng trong các ứng dụng năng lượng.

4.2. Ứng dụng trong ngành năng lượng

Sản phẩm lỏng từ bã mía có thể được sử dụng như một nguồn nhiên liệu thay thế cho dầu FO, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tăng cường tính bền vững trong ngành năng lượng.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu về quá trình nhiệt phân bã mía thành nhiên liệu lỏng sử dụng chất xúc tác HZSM-5 đã mở ra nhiều triển vọng mới trong việc phát triển nguồn năng lượng tái tạo. Các kết quả đạt được cho thấy khả năng ứng dụng cao trong thực tiễn.

5.1. Kết luận về hiệu quả của nghiên cứu

Nghiên cứu đã chứng minh rằng việc sử dụng chất xúc tác HZSM-5 có thể nâng cao chất lượng sản phẩm lỏng từ bã mía, mở ra hướng đi mới cho ngành năng lượng sinh học.

5.2. Triển vọng nghiên cứu trong tương lai

Cần tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa quy trình và mở rộng ứng dụng của sản phẩm lỏng từ bã mía trong các lĩnh vực khác nhau, từ năng lượng đến hóa chất.