CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LĨNH vực NGHIÊN cứu 1.1 Tổng quan các công trình nghiên cứu 1.1 Nghiên cứu trong nước Trên thế giới nguồn nhiên liệu sinh học đang cho thấy từng bước tiến mạnh mẽ trong đó biodiesel, những nhà khoa học trên thế giới cũng như Việt Nam cũng đang từng bước đưa vào những nghiên cứu để sản xuất ngnghiên cứu với quy mô nhỏ trong phòng thí nghiệm để sản xuất biodiesel [1]. Việt Nam là nước có nền nông nghiệp luân lợi để phát triển nguồn nguyên liệu để sản xuất biodiesel như vừng, lạc, cải, đậu nành.Nhưng như chúng ta thấy nền công nghiệp sản xuất dầu thực vật ỏ Việt Nam vẫn còn chưa phát triển tốt, sản lượng lượng chưa cao, giá thành chưa tối ưu. Thêm vào đó dầu nguồn từ mỡ động vật cũng là một nguồn nguyên liệu tiềm năng để sản xuất biodiesel, chi phí cho mỡ động vật cũng tối ưu hon dầu thực vật. Tại đồng bằng sông cửu long Một số đon vị sản xuất ở An Giang, cần tho đã sản xuất thành công biodiesel từ mỡ cá basa[3].
Theo ước tính của các đon vị kinh doanh này này thì biodiesel sản xuất từ mỡ cá có chi phí rơi vào khoảng 7000 đồng/lít (năm 2005). Hơn nữa, một số trường đại học và trung tâm nghiên cứu ở nước ta, cũng đã nghiên cứu sản xuất biodiesel thành công từ nhiều nguồn nguyên liệu nông nghiệp khác nhau phổ biến như dầu hạt cải, dầu nành, dầu ăn thải từ nhà hàng, quán ăn, mỡ cá, sử dụng xúc tác bazơ đồng thể và bước đầu cho thấy những nghiên cứu với xúc tác bazơ dị thể. Cũng theo chương trình “Hợp tác phát triển kinh té tiểu vùng sông Mekong” (Greater Mekong Subregion Economic Cooperation Program), tạp chi 2009 Asian Development Bank vào năm 2008, thì Việt Nam chỉ mới đang trong giai đoạn đầu phát triển nhiên liệu sinh học. Kế hoặch phát triển tập trung chủ yếu vào phát triển etanol sinh học từ tinh bột và mật đường, biodiesel từ mỡ cá da trơn và dầu thực vật, cuối cùng là khí sinh học từ chất thải động vật.
Căn cứ theo quyết định 177 QD-TTg của chính phủ Việt Nam thì nhiên liệu sinh học sẽ chiếm 1% nhu cầu 5 nhiên liệu cho ngành giao thông trong năm 2015 (ước tính khoảng 0,25 triệu tấn), và 5% vào năm 2025; cũng theo quyết định này thì mục tiêu sản xuất biodiesel sẽ đạt 0,15 triệu tấn năm 2015 12 và 1,2 triệu tấn năm 2025, jatropha và mỡ cá da tron sẽ là nguyên liệu chính cho sản xuất biodiesel ở Việt Nam.2 Nghiên cứu quốc tế Rudolf Diesel người đầu tiên sử dụng dầu lạc để tiến thành thử nghiệm sau 100 năm phát minh ra động cơ diesel. Điều đó cho thấy đã có những nghiên cứu và định hướng cho tương lai khi hầu hết các nghiên cứu chỉ ra cho thấy các nguồn nguyên liệu sẽ dần cạn kiệt gây ảnh hưởng lớn tới môi trường, và giờ đây chúng ta đang dần chú ý nhiều hơn đến nguồn nhiên liệu sinh học đến từ các nguồn từ dầu thực vật, mỡ động vật[4, 5]. Những nhược điểm cho thấy nếu sử dụng trực tiếp mỡ động vật, thực vật để làm nhiên liệu đốt như việc như: độ nhớt cao (gấp khoảng 11-17 lần so với diesel nguồn gốc dầu mỏ), độ bốc hơi ở mức thấp đưa tới quá trình cháy vẫn chưa cháy hết hoàn toàn , tạo cặn, vón trong vòi phun, làm giảm quá trình phun, làm tắc nghẽn vòi phun xăng, [6]. Nguyên nhân cho những vấn đề này là do phân tử triglyxerit và phân tử lượng lớn trong dầu mỡ gây ra.
Do đó phải cần tìm những giải pháp để có thể khắc phục những nhược điểm đó, và nhiên liệu có tên gọi biodiesel là một trong những nguồn nhiên liệu mang tính tiềm năng nhất [7-9] Trong những năm 1980 của thế kỷ trước, nhiên liệu biodiesel đã được các nước phát triển đưa vào nghiên cứu và sử dụng. Hiện tại có gần 30 nước đã tham gia nghiên cứu, sản xuất và sử dụng 8 biodiesel. Các doanh nghiệp sản xuất phân bố chủ yếu ở nằm ở các quốc gia châu Âu và châu Mỹ. Tại Mỹ, gần như sản lượng biodiesel được sản xuất có nguồn gốc dầu đậu nành.
Biodiesel được có tỉ lệ phối trộn với diesel dầu mỏ vào khoảng 20% biodiesel và 80% diesel, được dùng làm nhiên liệu cho có xe công công cộng ở nhiều nơi tại Mỹ. Biểu đồ bên dưới là sự phát triển của sản lượng biodiesel trên toàn cầu. Development of the world biodiesel consumption Hình 1.1 Biểu đồ tiêu thụ biodiesel trên thế giới năm 2002 tới 2030 Nhìn từ biểu đồ cho thấy, lượng tiêu thụ biodiesel tăng nhánh rõ rệt, bắt đầu từ 1 triệu tấn năm 2002 lên đến 60 tỷ tấn đến 2030. Dễ dàng thấy, các nước châu âu có sản lượng biodiesel gần như cao nhất.
Tuy vậy, có thể nhận ra rằng châu âu là nơi phát triển nhất cho việc sản xuất biodiesel cho toàn cầu. Năm 2004 Brazil vào năm 2004 đã chú trọng phát triển nghiên cứu và sản xuất biodiesel với nhiều hạng mục cấp quốc gia để thay thế cho nhiên liệu có nguồn gốc từ hóa thạch, nhiên liệu sinh học B2 được Brazil đưa vào sử dụng năm 2005, B5 cách 3 năm sau đó ; sản lượng tiêu thụ biodiesel cũng tăng đột biến từ 2005 (chỉ 736 m3) đến 2010 (2,39 triệu m3 ), đưa Brazil thành nước sản xuất biodiesel lớn thứ hai trên thế giới. Nguyên liệu chủ yếu tại quốc gia này là dầu đậu nành, hiện tại đang phát triển thêm nhiều loại khác như dầu trẩu, dầu cọ và dầu jatropha. La Rovere và các cộng sự trong nghiên cứu của nhóm cho biết biodiesel và dầu thực vật tại Brazil còn được sử dụng cho các máy phát điện, etanol hay metanol được thu hồi sau quá trình sản xuất sẽ giảm giá thành đầu tư từ 20- 25%.
Một số quốc gia có nền cồng nghiệp sản xuất biodiesel phát triển mạnh khác có thể kể đến là Canada, Trung Quốc, Australia và Nga cũng cung cấp một lượng đáng kể nhiên liệu trên phạm vi thế giới. Ngoài ra, tại một số quốc gia ở khu vực Đông Nam Á và châu Phi như Thái, Indo, Malay, Ghana cũng bắt đầu đưa ra các chương trình phát triển nhiên liệu sinh 7 học rất triển vọng, đặc biệt chú trọng phát triển đến các loại cây lấy dầu bản địa như dầu dừa, dầu jatropha, dầu cọ. Tìm hiểu về những thông tin nghiên cứu ở Việt Nam và quốc tế thì vẫn chưa có nghiên cứu nào đề cập cũng như liên quan đến việc sử dụng than sinh học từ vỏ dừa và vỏ cam biến tính thành chất xúc tác cho phản ứng tạo ra Biodiesel. Do đó, nghiên cứu này có thể mở ra một hướng đi đầy tích cực hẹn trong việc tạo tổng hợp ra vật liệu Biochar và xúc tác mới.2 Tổng quan về nguồn phế thải nông nghiệp 1.1 Tông quan phêphânt vỏ cam Mỗi năm ở Việt Nam lượng tiêu thụ lượng trái cây như Cam như: cam, quýt, chanh, phật thủ, thanh yên, bưởi.
Sản lượng sản xuất cam tại các tỉnh thành đã đạt hơn Ố00.000 tấn, đây là một lượng tiêu thụ rất lớn. Thêm vào đó ở Việt Nam vỏ chanh cũng được tận dụng để tách chiết lấy tinh dầu nhưng chỉ với một lượng khá nhỏ nên đa số phần lớn vỏ của các những trái cây cùng họ này không được tận dụng và trở thành rác thải có thể gây ô nhiễm môi trường [1]. Vì vậy trong luận văn này chúng tôi xin giới thiệu về việc tổng hợp chất xúc tác từ phế thải vỏ cam để điều chế diesel sinh học.2 Vỏ cảm bỏ phế ra môi trường Ở nước ta, Có rất nhiều loại cam phổ biến như cam đắng, cam chanh, cam sành, cam đường. Được phân bố chủ yếu ở các tỉnh như Nghệ An, Hà Nội, Hà Tmh, 8 Đầngbằngscng cừu long, sử dụng trong nhiều mụcđich khác nhau nhưnuức cam, mứt.3 Quâ cam sành Trái cam co cấu trúc đặc trưng thư tư như sau: Lớp nhãn trong cùng la bộ phận nầm lai cũa ưái cam, thanh phần giông lớp CÙL trắng H ạ cam có m àu trắng Mù trai cam: bên trong có chưa dung (Ịch bào đưực bao phi bởi những tẽp Bô phận cúi màu trắng (albedo): Có hai thầnhphần chinh lá pectin va cellulose Bộphầnngpài cùng của vỗ cam là(ílavedo): có nhiều màu sắc khác tùy theo vùng trồng, gi ống thổ nhưỡng Lớp võ ngoài có chứa lất nhiều các túi tinh dầu.
Bên dưới la bàn mô tã thành phần hóa ho: chính của can 1.1 Thành phần chính của trái cam So sánh hàm lượng Thành phần chính Đơn vị (%) Múi Vỏ H2O 89 76 Đạm 0.22 Thành phần Đường glucose 1.5 chính Frutoze 1.3 Hàm lượng Thành phần Đon v| Múi Múi Organic Acid 1.3 mg (%) c (Vitamin) 65 170 mg% Bảng 1.2 Các chỉ tiêu chính của vỏ cam Chỉ tiêu Vỏ cam Hàm lượng chất khô 11.8% Lượng phế thải vỏ cam ra môi trường mỗi năm tại nước ta vô cùng nhiều, để xử lý vấn đề bất cập hiện nay nhiều nghiên cứu đã đưa ra hướng giải quyết sử dụng vỏ cam làm than sinh học, chất hấp phụ, phân bón, tách chiết tinh dầu, Qua luận văn này chúng tôi lần đầu tiên thực hiện nghiên cứu tổng hợp biochar từ vỏ cam và ứng dụng của nó làm chất xúc tác cho phản ứng sản xuất biodiesel.2 Tong quan nguồn phếphấm vỏ dừa. Cocos Nucifera được biết là tên khoa học của Cây dừa, là loại cây có thân thẳng và cao cùng họ vói cau. Nguồn gốc của loại cây này vẫn còn đang là vấn đề gây tranh cãi vì chưa thể xác định được nguồn gốc chính của cây dừa từ đâu có thể từ 10 khu vực Bắc Nam Mỹ hoặc Đông Nam á. Cây dừa là loại cây rất có đặc điểm thích hợp với nơi có lượng mưa và ánh nắng cao, phù hợp với vùng có khí hậu nhiệt.4 Trái dừa Ở nước ta dừa diện tích trồng dừa rất cao và là một trong những cây trồng công nghiệp chủ lực với những cây trồng lâu năm khác như cà phê, tiêu, cao su.
Ước tính cho đến nay, diện tích cây dừa nước ta ước tính 175.000 ha, tập trung chủ yếu tại các tỉnh miền trung Đồng bằng sông Cửu Long[13]. Trong đó, nổi tiếng dẫn đầu là Bến Tre với diện tích trồng cây dừa lớn nhất cả nước, chiếm khoảng 40% diện tích với sản lượng vào khoảng 600 triệu trái mỗi năm [14].Cây dừa với là loại cây gắn liền với người dân Việt Nam và hầu như các bộ phận của nó đều được tận dụng để làm những vật dụng sinh hoạt hằng ngày, đồ trang trí trong nhà, thủ công mỹ nghệ, tuy nhiên vẫn còn một số bộ phận của cây dừa chưa thể tận dụng triệt để và phát huy tối ưu những ưu điểm của nó [15].