CHƯƠNG 1 Vi vậy việc “Nghiên cứu quy trình tổng hợp Furfural từ lõi ngô và bã mía” thực sự cân thiết và có ý nghĩa rat quan trọng. Mục tiêu đề tài Mục tiêu của đề tài đặt ra là: - _ Nghiên cứu công nghệ điều chế furfural từ lõi ngô (bap) và bã mía trên thiết bị phản ứng cao áp gián đoạn qui mô phòng thí nghiệm, làm cơ sở cho việc tính toán thiết kế hệ thống thiết bị làm việc liên tục ở qui mô pilot (hoặc công nghiệp) trong tương lat. - Khao sát và lựa chọn các yêu tố công nghệ phù hop để thu hôi Furfural cao nhất 1. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Ỷ nghĩa khoa học Nghiên cứu nhăm thiết kế hệ thống thí nghiệm sản xuất furfural từ lõi ngô và bã mía, xem xét những điều kiện ảnh hưởng đến quá trình thủy phân nhắm tìm ra các điều kiện sản xuất thích hợp cho nguyên liệu phụ phẩm nông nghiệp ở Việt Nam.
Với những kết quả có thé thu được, nghiên cứu nay hy vọng sẽ là một đóng gop quan trong trong cơ sở dữ liệu liên quan đến Biomass và sản xuất Furfural từ Biomass thông qua quá trình thủy phân và qua đây vạch ra nhiều hướng nghiên cứu mới cho các nghiên cứu tiép theo. Dé tài tạo còn cơ sở khoa học cho việc nghiên cứu tìm ra sản phâm hóa chat mới các nguôn nguyên liệu biomass khác nhau như trâu, mùn cưa. Y nghĩa thực tiên Ở một nước nông nghiệp phát triển như Việt Nam, năng lượng sinh khối từ phụ phẩm nông nghiệp chiếm khoảng 30 triệu tan/nam, nếu không tận dụng nguồn phụ phẩm nay sẽ gây ra ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Ngoài việc tận dụng nó dé tạo thành biodiesel thì dé tài còn mở ra một hướng di mới cho việc tận dụng phụ phẩm nông nghiệp để tạo thành hóa chat bền vững như Furfural.
Góp phân thúc day 2 CHƯƠNG 1 phát triển kinh tế và chống ô nhiễm môi trường. Trong chiến lược phát triển làng nghề và tiểu thủ công nghiệp, lĩnh vực chế biến nông sản sau thu hoạch được Nhà nước quan tâm khuyến khích dau tư phát triển nhằm nâng cao giá trị nông sản, giải quyết việc làm cho người lao động. Vì vậy dé tài phù hợp với chiến lược phát triển của Nhà nước. CHƯƠNG 2 CHƯƠNG 2: TONG QUAN 2.
Tổng quan về công nghệ sản xuất Furfural 2. Các công trình đã nghiên cứu H. Byun (Mỹ) đã nghiên cứu sự thủy phân xúc tac acid sulfuric để chuyển hóa bã rượu và xơ bắp thành furfural. Nhóm nghiên cứu đã khảo sát sự phụ thuộc của quá trình vào nguồn nguyên liệu, tải sinh khối, nồng độ acid và nhiệt độ.
Các thí nghiệm được tiến hành trong thiết bị phản ứng cao áp, ở điều kiện: tải sinh khối 5, 10, 15 và 20% ; nồng độ acid 0,5; 1,0; 1,5% thé tích, thể tích acid sulfuric 98% trên tổng thể tích dung dịch ; và ở nhiệt độ 120, 140°C.1: Sản lượng furfural từ bã rượu ở 120 °C [mg/mL] Nồng độ acid (vol.%) 0,5 | 1,5 Chất tải ran (wt.%) |5 |10 |15 |20 |5 |10 |15 |20 |5 |10 |15 |20 Thời gian phản ứng (phút) 0 0 10 |0 |0 10 |0 |0 JO 10 {10 0 10 5 0 10 |0 |0 10 |0 |0 JO 10 {10 0 10 10 0 10 |0 |0 10 |0 |0 JO 10 {10 0 10 15 0 10 |0 |0 10 |0 |0 JO 10 {10 0 10 20 0 10 |0 |0 10 |0 |0 JO 10 {10 0 401 30 0 10 |0 |0 |0 |0 JO |0 |0 10,1 {011041 45 0 |0 |0 |0110 |0/1|0/101410 {01 {011041 60 0 |0 |01{0110 |0/110/110/110/110,1 | 0,1 | 0,2 CHƯƠNG 2 Bảng 2.2: Sản lượng furfural từ bã rượu ở 140 °C [mg/mL] Nong độ acid (vol%) 0,5 | 1,5 Chat tải ran (wt.%) |5 | 10 |15 |20 |5 |10 |15 |20 |5 |10 |15 | 20 Thời gian phan ứng (phút) 0 0 10 |0 |0 |0 |0 |0 |0 |0 |0 |0 |0 5 0 |0 |0 |0 |01102|10 | 0,1 | 0,1 | 0,3 | 0,2 | 0,1 10 0 {0.6 | 2,6 |3 CHƯƠNG 2 Bảng 2.3: Sản lượng furfural từ xơ ngô ở 120 °C [mg/mL] Nông độ acid (vol.%) | 0,5 | 1,5 Chat tai ran (wt.%) 5 |10 |15 |20 |ã |10 |15 |20 |5 |10 | 15 | 20 Thời gian phan ứng (phút) 0 0 |0 |0 |0 JO |0 |0 |0 |0 |0 |0 |0 5 0 |0 |0 |0 |0 |0 |0 |0 |0 |0 |0 |0 10 0 |0 |0 |0 JO |0 |01|0 |0 |0 J0,1 }0,1 15 0 |0 |0 |01|0 | 0,1 | 0,1 ) 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 20 0 |0 |0 |01|10 | 0,1 ) 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,2 | 0,2 30 0 | 0,1] 0,1 | 0,2 | 0,1 | 0,2 | 0,2 ) 0,1 | 0,1 | 0,2 | 0,3 | 0,3 45 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,3 | 0,1 | 0,3 | 0,3 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,4 | 0,4 60 0,1 | 0,1 | 0,2 | 0,3 | 0,1 | 0,4 | 0,4 | 0,2 | 0,3 | 0,3 | 0,5 | 0,5 CHƯƠNG 2 Bảng 2.4: Sản lượng furfural từ xơ ngô ở 140 °C [mg/mL] Nông độ acid (vol.%) | 0,5 | 1,5 Chất tai ran (wt.%) |5 |10 [15 |20 |5 |10 |15 |20 |5 |10 | 15 | 20 Thời gian phan ứng (phút) 0 0 10 10 |0 0 10 10 10 10 10 10 10 5 0 10 10 |0 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,2 | 0,1 | 0,3 | 0,2 | 0,6 10 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,2 | 0,1 | 0,2 | 0,4 | 0,6 | 0,3 | 0,3 | 0,6 | 1 15 0,1 | 0,1 | 0,2 | 0,5 | 0,2 | 0,5 | 0,6 | 0,8 | 0,5 | 0,8 | 1 1,4 20 0,2 | 0,2 | 0,4 | 1 0,4 | 0,7 | 0,9 | 1,2 | 0,7 | 1,2 | 1,3 | 1,9 30 0,3 | 0,5 | 0,8 | 1,4 | 0,5 | 1,1 | 1,6} 1,8])1 | 1,6 | 1,9 | 2,5 45 0,5 | 0,9 | 1,2 |2 0,8 | 1,4 | 2,4 | 2,4 | 1,5 ) 2,1 | 2,8 | 3,2 60 0,7} 1,2 | 1,5 | 2,4 | 1,2 | 1,7 | 2,9 | 3,1 )2 | 2,6 | 3,5 | 3,8 Kết quả thi nghiệm nêu trong bang 2.4, đã cho thấy sản lượng furfural khi tải sinh khối 20%, nông độ acid 1,5%, và nhiệt độ 140°C cao hơn ở những điều kiện khác, cũng như sản lượng khi thủy phân xơ ngô cũng cao hơn đối với bã rượu. Theo Morris Wayman, Andres Tallevi va Beatrice Winsborrow (đại hoc Toronto, Canada) đã nghiên cứu thủy phân một vài loại sinh khối cellulosic, như mùn cưa của gỗ thông, vỏ bào cây bạch dương, bã mía, rơm rạ và lõi ngô khi có mặt SO, làm chat xúc tác. Ban đầu các tac giả thực hiện tiền thủy phân trong 20 phút ở 150°C với dung dich SO, 0,5 hoặc 0,75%. Sau đó rửa sạch với nước va tiếp tục thủy phân trong dung dich SO; 0,25% ở 190°C trong 16 phút.
Ngay sau đó làm lạnh ngay và lại rửa sạch. Thí nghiệm đun nóng, làm lạnh và rửa sạch được lặp lại trong 4 lần. Từ kết quả ghi được ở bảng 2.5 Nhóm nghiên cứu đã 7 CHƯƠNG 2 nhận thay thủy phân min thông đỏ cho sản lượng nhiên liệu cao, trong khi đó, sản lượng furfural thu được nhiều khi thủy phân lõi ngô và rom ra.5: Sản lượng hóa học khi thúy phân xúc tác SO2 Sản lượng các chất (mg! nguyên liệu khô) khi thủy phân hai giai đoạn trong SO, Mun cưa|Vỏ bào | Ba mia Loi ngô Rom ra số thông | cây bạch đỏ dương Ethanol 324 185 135 135 130 Butanol- 252 220 196 276 257 acetone-ethanol Furfural 28 73 80 138 126 Trong nghiên cứu cua Sajid Latif và Fiyyaz Ahmad Chughtai (dai học nông nghiệp, Faisalabab, Pakistan) [21], lõi ngô được thủy phan trong H2SO, va HCl ở nông độ 16 và 18% có thêm xúc tac muối NaCl, CaCh, AICI, ZnCl, (2%) với tỷ lệ 1:3 và 1:5 (w/v) cho các khoảng thời gian khác nhau (100 phút và 140 phút). Kết quả nghiên cứu được trình bay trong bảng số liệu sau : CHƯƠNG 2 Bảng 2.6: So sánh sản lượng trung bình của furfural ở nồng độ khác nhau của HCl và H2S04 và thời gian phan ứng khác nhau Muối | Nong xuc độ tác acid Acid 100 phút 140 phút 1:3 (w/v) 1:5 (w/v) 1:3 (w/v) 1:5 (w/v) Furfural(%) |Furfural(%) | Furfural(%) | Furfural(%) NaCl | 14% H;SOx | 13,2 14 16,6 17,4 CaCl, 13,7 14,6 16,5 17,4 AICH 16 16,52 16,8 17,52 ZnCl, 11,8 12,2 14,3 15,8 Nil 11,3 11,8 13,8 14,2 NaCl HCl 12 11,2 13 12,8 CaCl, 9,3 9,8 10,7 11,3 AICH 10,4 11,4 11,3 12 ZnCl, 10,5 11,7 12,2 12,8 Nil 8,4 8,8 9,3 9,8 NaCl | 16% H2SO, | 12,9 13,6 12,6 12,8 CaCl, 12,8 14,3 12,7 13,1 AICH 14,7 15,3 14,5 14,2 ZnCl, 9,8 II 10,6 10,8 Nil 10,5 11 9,2 11,7 NaCl HCl 10,7 11,4 11,7 12,9 CaCl, 9,5 10,32 11,2 11,7 CHƯƠNG 2 AICH 10,5 11,7 12,8 13 ZnCl 11,5 12,32 12,9 13,4 Nil 8,4 9,7 10,8 11,4 Các tác giả đã cho biết sản lượng cao nhất của furfural (17,52%) thu được khi thủy phân trong H2SO4 14%, thời gian phan ứng 140 phút, có sử dụng xúc tác AICI5, sản lượng của furfural khi thủy phân trong HCl 16% chỉ là 13,4% khi có mặt xúc tác ZnCl2.
Acid sulfuric cho sản lượng furfural cao hon HCI cả ở hai nông độ, giai đoạn phản ứng và tỷ lệ lỏng/răn, có thé do tính hút nước của H2SO4 Năng suất của furfural tăng khi có sự gia tăng nông độ acid tới một giới hạn nhất định, sau đó năng suất furfural sẽ giảm. Nhóm tac gia Héctor D. Mansilla, Jaime Baeza, Sergio Urzúa, Gabriel Maturana, Jorge Villasenor (Chile) & Nelson Duran (Brazil) đã nghiên cứu quá trình sản xuất furfural một và hai giai đoạn, phản ứng được thực hiện trong thiết bị phan ứng cao áp. Trong quá trình một giai đoạn, sự khử trùng hợp pentosan trong xylose và khử nước tạo thành furfural diễn ra đồng thời.
Con ở công nghệ hai giai đoạn, sự hòa tan và khử trùng hợp pentosan diễn ra trong điều kiện êm dịu, sau đó khử nước của xylose thành furfural. Các tác giả đã khảo sát sản lượng furfural tại những nồng độ xúc tác, tỷ lệ lỏng ran, với nhiều chất xúc tác khác nhau. Kết qua được đưa ra trong bảng 22 đến bảng 25. [22] 10 CHƯƠNG 2 Bảng 2.7: Anh hưởng của nồng độ acid sulfuric lên sản lượng furfural trong quá trình một giai đoạn [H,SO4] (wt%) | Furfural (wt%) 3 1,1 5 1,3 7 1,9 10 2,3 15 3,2 20 3,3 25 3 30 2,2 35 0,7 Thi nghiệm trên được tiễn hành ở nhiệt độ trung bình, áp suất thấp va thời gian phản ứng ngắn (125 °C; 1,5atm; 30 phút), và tỷ lệ lỏng rắn 25 (v/w).