Luận văn thạc sĩ khoa học nghiên cứu tổng hợp biodiesel từ dầu hạt cao su trên xúc tác dị thể naohmgo và na2co3 al2o3

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu nghiên cứu tổng hợp biodiesel từ dầu hạt cao su trên xúc tác dị thể naohmgo và na2co3 al2o3, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân, đề xuất giải

• Người hướng dẫn: PGS. Đinh Thị Ngà
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Công Nghệ Hóa Học
• Đề tài: Nghiên Cứu Tổng Hợp Biodiesel Từ Dầu Hạt Cao Su Với Xúc Tác NaOH-MgO Và Na2CO3-Al2O3
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2008
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Giới thiệu về biodiesel

Biodiesel là một loại nhiên liệu sinh học được sản xuất từ các nguồn nguyên liệu thực vật hoặc động vật. Nguồn nguyên liệu chính để sản xuất biodiesel thường là các loại dầu thực vật, trong đó có dầu hạt cao su. Việc sử dụng biodiesel không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn góp phần vào việc bảo vệ nguồn năng lượng tái tạo. Quá trình sản xuất biodiesel từ dầu hạt cao su thường sử dụng phương pháp transesterification, trong đó các triglyceride trong dầu được chuyển đổi thành methyl esters và glycerol. Sự phát triển của biodiesel đang trở thành một xu hướng quan trọng trong ngành năng lượng, đặc biệt là trong bối cảnh khủng hoảng năng lượng và ô nhiễm môi trường.

II. Tính chất của dầu hạt cao su

Dầu hạt cao su có thành phần hóa học chủ yếu là triglyceride, với các axit béo không no như axit oleic và axit linoleic. Những axit này có khả năng tham gia vào quá trình transesterification để tạo ra biodiesel. Tính chất vật lý của dầu hạt cao su như độ nhớt, nhiệt độ sôi và khả năng hòa tan cũng ảnh hưởng đến hiệu suất sản xuất biodiesel. Việc nghiên cứu và phân tích các tính chất này là rất quan trọng để tối ưu hóa quy trình sản xuất. Các nghiên cứu cho thấy rằng dầu hạt cao su có thể được sử dụng hiệu quả trong sản xuất biodiesel với các xúc tác như NaOH-MgO và Na2CO3-Al2O3.

III. Xúc tác trong sản xuất biodiesel

Xúc tác đóng vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất biodiesel. Hai loại xúc tác chính được nghiên cứu trong luận văn này là NaOH-MgO và Na2CO3-Al2O3. Xúc tác NaOH-MgO có khả năng tạo ra hiệu suất cao trong quá trình transesterification, trong khi Na2CO3-Al2O3 lại cho thấy tính ổn định và khả năng tái sử dụng tốt. Việc lựa chọn xúc tác phù hợp không chỉ ảnh hưởng đến hiệu suất sản xuất mà còn đến chất lượng của sản phẩm cuối cùng. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng xúc tác có thể giảm thiểu thời gian phản ứng và tăng cường hiệu suất chuyển đổi dầu thành biodiesel.

IV. Quy trình tổng hợp biodiesel

Quy trình tổng hợp biodiesel từ dầu hạt cao su bao gồm các bước chính như chuẩn bị nguyên liệu, phản ứng transesterification, và tách sản phẩm. Trong đó, bước phản ứng là quan trọng nhất, nơi mà dầu hạt cao su được trộn với methanol và xúc tác để tạo ra biodiesel và glycerol. Các yếu tố như nhiệt độ, áp suất và tỷ lệ mol giữa dầu và methanol đều ảnh hưởng đến hiệu suất của quá trình. Nghiên cứu cho thấy rằng việc tối ưu hóa các điều kiện này có thể dẫn đến sản lượng biodiesel cao hơn và giảm thiểu lượng chất thải trong quá trình sản xuất.

V. Ứng dụng và lợi ích của biodiesel

Biodiesel từ dầu hạt cao su không chỉ có thể sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ diesel mà còn có thể pha trộn với diesel truyền thống để giảm thiểu ô nhiễm. Việc sử dụng biodiesel giúp giảm lượng khí thải độc hại như CO, NOx và hydrocarbon, đồng thời góp phần vào việc bảo vệ môi trường. Ngoài ra, biodiesel còn có thể được sản xuất từ các nguồn nguyên liệu tái tạo, giúp giảm thiểu sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch. Điều này không chỉ mang lại lợi ích về môi trường mà còn có ý nghĩa kinh tế trong việc phát triển ngành công nghiệp năng lượng bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Bé GI¸O DôC Vµ §µO T¹O TR¦êng ®¹i häc b¸ch khoa hµ néi ----------------------------- LuËn v¨n th¹c sÜ khoa häc Nghiªn cøu tæng hîp biodiesel tõ DÇu h¹t cao su trªn xóc t¸c dÞ thÓ Naoh/mgo vµ na2co3/al2o3 Ngµnh : c«ng nghÖ hãa häc M· sè:. Lª thanh hßa Ng­êi h­íng dÉn khoa häc: Pgs. ®inh thÞ ngä Hµ néi 12/2008 Môc lôc Trang Trang 1 1 Lêi c¶m ¬n 2 Môc lôc 3 Danh môc c¸c ký hiÖu, c¸c ch÷ viÕt t¾t 6 Danh môc c¸c b¶ng 7 Danh môc c¸c h×nh vÏ, ®å thÞ 8 Më §ÇU 9 Ch­¬ng 1 - TæNG QUAN LÝ THUYÕT 11 1. Tæng qu¸t vÒ dÇu thùc vËt 11 1.

Kh¸i niÖm chung 11 1. Thµnh phÇn hãa häc cña dÇu thùc vËt 12 1. TÝnh chÊt vËt lý cña dÇu thùc vËt 14 1. TÝnh chÊt hãa häc cña dÇu thùc vËt 15 1.

C¸c chØ tiªu quan träng cña dÇu thùc vËt 16 1. Giíi thiÖu mét sè lo¹i dÇu th«ng dông 17 1. Giíi thiÖu vÒ dÇu h¹t cao su 19 1. Vµi nÐt vÒ dÇu h¹t cao su 20 1.

Tinh chÕ dÇu h¹t cao su kh«ng t¸ch axit tù do 21 1. C¸c chØ sè c¬ b¶n cña dÇu 22 1. Nhiªn liÖu diesel 23 1. TiÒm n¨ng vµ nhu cÇu sö dông nhiªn liÖu hãa th¹ch 23 1.

Nhiªn liÖu diesel truyÒn thèng 25 1. Thµnh phÇn hãa häc cña nhiªn liÖu diesel 26 1. Yªu cÇu chÊt l­îng cña nhiªn liÖu diesel 26 1. KhÝ th¶i cña nhiªn liÖu diesel 29 1.

C¸c ph­¬ng ph¸p n©ng cao chÊt l­îng cña nhiªn liÖu diesel 30 1. Kh¸i qu¸t chung 32 1. Giíi thiÖu vÒ biodiesel 33 1. TÝnh chÊt vµ ­u khuyÕt ®iÓm cña biodiesel 35 1.

Nguyªn liÖu cho qu¸ tr×nh tæng hîp biodiesel 38 1. C¸c ph­¬ng ph¸p tæng hîp biodiesel 40 1. Giíi thiÖu mét sè qu¸ tr×nh tæng hîp biodiesel 43 1. Xö lý nguyªn liÖu cã hµm l­îng axit bÐo tù do cao 45 1.

C¸c yÕu tè ¶nh h­ëng ®Õn qu¸ tr×nh trao ®æi este 46 Ch­¬ng 2 - THùC NGHIÖM Vµ C¸C PH¦¥NG PH¸P NGHI£N CøU 48 2.Yªu cÇu ®èi víi ancol 48 2. Yªu cÇu ®èi víi dÇu h¹t cao su 49 2. Qu¸ tr×nh ®iÒu chÕ xóc t¸c NaOH/MgO 50 2. Qu¸ tr×nh ®iÒu chÕ xóc t¸c Na2CO3/ γ -Al2O3 51 2.1 §iÒu chÕ nh«m hydroxit d¹ng bemit 51 2.3 ChÕ t¹o xóc t¸c Na2CO3/ γ -Al2O3 52 2.

C¸ch tiÕn hµnh tæng hîp biodiesel 52 2.S¬ då vµ c¸c thiÕt bÞ trong qu¸ tr×nh thùc nghiÖm 52 2.C¸ch tiÕn hµnh thùc nghiÖm 54 2. C¸c ph­¬ng ph¸p ph©n tÝch chÊt l­îng s¶n phÈm 57 2. X¸c ®Þnh chØ sè axit 57 2.2 X¸c ®Þnh ®é nhít ®éng häc 58 2. X¸c ®Þnh nhiÖt ®é chíp ch¸y cèc kÝn 59 2.

X¸c ®Þnh tû träng 60 2. Ph­¬ng ph¸p phæ hÊp thô hång ngo¹i 60 2. Ph­¬ng ph¸p s¾c ký khÝ 62 2. Ph­¬ng ph¸p phæ XRD 63 2.

Ph­¬ng ph¸p chôp ¶nh hiÓn vi ®iÖn tö SEM 64 Ch­¬ng 3 - KÕT QU¶ Vµ TH¶O LUËN 65 3. Phæ XRD cña xóc t¸c NaOH/MgO 65 3. Kh¶o s¸t sù ph©n bè cña NaOH trªn bÒ mÆt MgO 66 3. Xóc t¸c Na2CO3/ γ -Al2O3 vµ c¸c yÕu tè ¶nh h­ëng 67 3.1 Phæ nhiÔu x¹ tia X (XRD) 67 3.

H×nh ¶nh SEM cña xóc t¸c Na2CO3/ γ -Al2O3 68 3. Kh¶o s¸t c¸c yÕu tè ¶nh h­ëng ®Õn ph¶n øng giai ®o¹n 1 69 3. ¶nh h­ëng cña tØ lÖ metanol/dÇu ®Õn chØ sè axit 69 3. ¶nh h­ëng cña l­îng xóc t¸c H2SO4 98% ®Õn chØ sè axit 71 3.

¶nh h­ëng cña thêi gian ph¶n øng ®Õn chØ sè axit 72 3. Thùc hiÖn ph¶n øng giai ®o¹n 2 73 3. ¶nh h­ëng cña hµm l­îng pha ho¹t tÝnh ®Õn hiÖu suÊt biodiesel 73 3. ¶nh h­ëng cña nhiÖt ®é nung xóc t¸c ®Õn hiÖu suÊt biodiesel 74 3.

¶nh h­ëng cña nhiÖt ®é ph¶n øng ®Õn hiÖu suÊt biodiesel 76 3. ¶nh h­ëng cña thêi gian ph¶n øng ®Õn hiÖu suÊt biodiesel 78 3. ¶nh h­ëng cña tû lÖ metanol/dÇu ®Õn hiÖu suÊt biodiesel 79 3. ¶nh h­ëng cña hµm l­îng xóc t¸c 80 3.

Nghiªn cøu t¸i sö dông vµ t¸i sinh xóc t¸c 81 3. ChØ tiªu hãa lýcña biodiesel tõ dÇu HCS 84 3. So s¸nh thµnh phÇn khÝ th¶I cña B20 vµ diesel kho¸ng 86 3. Hµm l­îng CO2 trong khãi th¶i cña ®éng c¬ ë c¸c tèc ®é kh¸c 86 nhau 3.

X¸c ®Þnh hµm l­îng CO trong khãi th¶I ë c¸c tèc ®é kh¸c nhau 87 cña ®éng c¬ 3. Hµm l­îng NOx trong khãi th¶i cña ®éng c¬ ë c¸c tèc ®é kh¸c 88 nhau 3. Hµm l­îng hydrocacbon trong khãi th¶i ë c¸c tèc ®é kh¸c nhau 89 KÕT LUËN 91 TµI LIÖU THAM KH¶O 92 TãM T¾T 97 ABSTRACT 98 -6- Danh môc c¸c h×nh TT Ký HIÖU NéI DUNG TRANG 1 H×nh 1.1 S¬ ®å qu¸ tr×nh s¶n xuÊt biodiesel theo ph­¬ng ph¸p gi¸n 43 ®o¹n.2 S¬ ®å s¶n xuÊt biodiesel theo ph­¬ng ph¸p liªn tôc.1 S¬ ®å m« t¶ thiÕt bÞ ph¶n øng 53 4 H×nh 3.1 Phæ XRD cña xóc t¸c NaOH/MgO 65 5 H×nh 3.2 ¶nh SEM cña mÉu xóc t¸c NaOH/MgO 66 6 H×nh 3.3 Phæ nhiÔu x¹ tia X cña Bermit ®iÒu chÕ tõ phÌn nh«m ë 67 pH = 7-8 7 H×nh 3.4 Phæ nhiÔu x¹ tia X cña γ -Al2O3 ®iÒu chÕ tõ bemit ë 68 4800C 8 H×nh 3.5 ¶nh SEM cña mÉu xóc t¸c Na2CO3/ γ -Al2O3 68 9 H×nh 3.6 ¶nh h­ëng cña tØ lÖ metanol/dÇu ®Õn chØ sè axit 70 10 H×nh 3.7 ¶nh h­ëng cña hµm l­îng xóc t¸c ®Õn chØ sè axit 72 11 H×nh 3.8 ¶nh h­ëng cña thêi gian ph¶n øng ®Õn chØ sè axit 73 12 H×nh 3.9 §å thÞ biÓu diÔn mèi quan hÖ gi÷a hiÖu suÊt biodiesel vµ 74 hµm l­îng pha ho¹t tÝnh.10 §å thÞ biÓu diÔn mèi quan hÖ hiÖu suÊt biodiesel vµo 75 nhiÖt ®é nung xóc t¸c 14 H×nh 3.11 §å thÞ biÓu diÔn sù phô thuéc hiÖu suÊt biodiesel vµo 77 nhiÖt ®é ph¶n øng 15 H×nh 3.12 §å thÞ biÓu diÔn sù phô thuéc hiÖu suÊt biodiesel vµo 78 thêi gian ph¶n øng 16 H×nh 3.13 §å thÞ biÓu diÔn sù phô thuéc hiÖu suÊt biodiesel vµo tû 80 lÖ metanol/dÇu 17 H×nh 3.14 §å thÞ biÓu diÔn sù phô thuéc hiÖu suÊt biodiesel vµo 81 hµm l­îng xóc t¸c 18 H×nh 3.15 §å thÞ biÓu diÔn mèi quan hÖ gi÷a hiÖu suÊt biodiesel 82 vµo hµm l­îng NaOH khi t¸i sö dông xóc t¸c 19 H×nh 3.16 §å thÞ biÓu diÔn sù phô thuéc hiÖu suÊt biodiesel vµo sè 83 lÇn t¸i sö dông xóc t¸c NaOH/MgO 20 H×nh 3.17 Phæ hång ngo¹i cña biodiesel tõ dÇu h¹t cao su 85 21 H×nh 3.18 Quan hÖ gi÷a tèc ®é quay vµ hµm l­îng CO2 87 22 H×nh 3.19 Quan hÖ gi÷a tèc ®é quay vµ hµm l­îng CO 88 23 H×nh 3.20 Quan hÖ gi÷a tèc ®é quay vµ hµm l­îng NOx 89 24 H×nh 3.21 Quan hÖ gi÷a hµm l­îng hydrocacbon vµ tèc ®é quay. 90 -7- danh môc c¸c b¶ng TT Ký HIÖU NéI DUNG TRANG 1 B¶ng 1.1 Thµnh phÇn axit bÐo cña c¸c lo¹i dÇu thùc vËt.2 C¸c tÝnh chÊt vËt lý vµ hãa häc cña dÇu thùc vËt.3 C¸c tÝnh chÊt vËt lý vµ hãa häc cña dÇu thùc vËt.4 Vµi chØ tiªu chÝnh cña DHCS ®· tinh chÕ.5 S¶n phÈm cña c¸c nhµ m¸y läc dÇu 24 6 B¶ng 1.6 C©n ®èi nhiªn liÖu x¨ng vµ diesel ®Õn 2020.7 C¸c chØ tiªu ®¸nh gi¸ chÊt l­îng nhiªn liÖu diesel theo 28 ASTM.8 TÝnh chÊt vËt lý cña diesel so víi mét sè metyl este.9 So s¸nh tÝnh chÊt cña nhiªn liÖu diesel víi biodiesel.10 C¸c chØ tiªu ®¸nh gi¸ chÊt l­îng biodiesel.11 §é chuyÓn hãa t¹o biodiesel trªn c¸c xóc t¸c kh¸c nhau.12 So s¸nh ®iÒu kiÖn c«ng nghÖ trong c¸c ph­¬ng ph¸p xóc 42 t¸c kiÒm vµ xóc t¸c enzym.1 C¸c ®Æc tr­ng cña xóc t¸c 67 14 B¶ng 3.2 ¶nh h­ëng cña tØ lÖ metanol/dÇu ®Õn chØ sè axit 70 15 B¶ng 3.3 ¶nh h­ëng cña l­îng xóc t¸c H2SO4 98% ®Õn chØ sè axit 71 16 B¶ng 3.4 ¶nh h­ëng cña thêi gian ph¶n øng ®Õn chØ sè axit 72 17 B¶ng 3.5 Sù phô thuéc hiÖu suÊt biodiesel vµo hµm l­îng pha ho¹t 73 tÝnh 18 B¶ng 3.6 ¶nh h­ëng cña nhiÖt ®é nung xóc t¸c ®Õn hiÖu suÊt 75 biodiesel 19 B¶ng 3.7 Sù phô thuéc hiÖu suÊt biodiesel vµo nhiÖt ®é ph¶n øng 77 20 B¶ng 3.8 Sù phô thuéc hiÖu suÊt biodiesel vµo thêi gian ph¶n øng 78 21 B¶ng 3.9 Sù phô thuéc hiÖu suÊt biodiesel vµo tû lÖ metanol/dÇu 79 22 B¶ng 3.10 Sù phô thuéc hiÖu suÊt biodiesel vµo hµm l­îng xóc t¸ 80 23 B¶ng 3.11 ¶nh h­ëng cña hµm l­îng NaOH ®Õn hiÖu suÊt biodiesel 82 khi t¸i sö dông 24 B¶ng 3.12 Sù phô thuéc hiÖu suÊt biodiesel vµo sè lÇn t¸i sö dông 83 xóc t¸c NaOH/MgO 25 B¶ng 3.13 Sù phô thuéc hiÖu suÊt biodiesel vµo sè lÇn t¸i sö dông 84 xóc t¸c Na2CO3/ γ -Al2O3 26 B¶ng 3.14 ChØ tiªu ho¸ lý cña biodiesel tõ dÇu h¹t cao su 84 27 B¶ng 3.15 Hµm l­îng CO2 trong khãi th¶i cña ®éng c¬ diesel ë c¸c 86 tèc ®é kh¸c nhau 28 B¶ng 3.16 Hµm l­îng CO trong khãi th¶i 87 29 B¶ng 3.17 Hµm l­îng NOx trong khãi th¶i cña ®éng c¬ ë tèc ®é 88 kh¸c nhau 30 B¶ng 3.18 Hµm l­îng hydrocacbon ë c¸c tèc ®é kh¸c nhau 89 -8- B¶ng danh môc c¸c ch÷ viÕt t¾t 0 C §é C Dhcs DÇu h¹t cao su HSC H¹t cao su Kg/l Kilogam/lit Sem Ph­¬ng ph¸p chôp ¶nh hiÓn vi ®iÖn tö quÐt Xrd Ph­¬ng ph¸p phæ nhiÔu x¹ tia X 0 C §é C Kg/l Kilogam/lit -9- Më §ÇU Nh­ chóng ta ®· biÕt, c¸c nguån nguyªn liÖu hãa th¹ch ngµy cµng c¹n kiÖt vµ sö dông nhiªn liÖu ®iÒu chÕ tõ c¸c nguån nguyªn liÖu ®ã ®· vµ ®ang g©y ra nh÷ng t¸c ®éng lín ®Õn m«i tr­êng toµn cÇu nh­: g©y ra hiÖu øng nhµ kÝnh (lµm tr¸i ®Êt nãng dÇn lªn), c¸c khÝ th¶i ®éc h¹i ¶nh h­ëng ®Õn ®êi sèng vµ søc khoÎ con ng­êi (CO, SOx, hydrocacbon th¬m.

C¸c nhµ khoa häc ®· ®­a ra rÊt nhiÒu gi¶i ph¸p ®Ó c¶i thiÖn t×nh h×nh nµy nh­: sö dông hép xóc t¸c l¾p vµo èng x¶ cña c¸c ®éng c¬ ch¹y nhªn liÖu truyÒn thèng. Hay sö dông c¸c d¹ng n¨ng l­îng kh¸c nh­: n¨ng l­îng mÆt trêi, n¨ng l­îng giã, thñy n¨ng, pin nhiªn liÖu, nhiªn liÖu sinh häc. ®Ó thay thÕ nguån n¨ng l­îng hãa th¹ch g©y ra « nhiÔm. Trong sè c¸c d¹ng n¨ng l­îng ®ã th× nhiªn liÖu sinh häc vµ ®Æc biÖt lµ nhiªn liÖu biodiesel ®­îc quan t©m h¬n c¶ do xu h­íng diesel hãa c¸c lo¹i ®éng c¬.

Biodiesel lµ mét lo¹i nhiªn liÖn sinh häc, cã thÓ pha trén víi nhiªn liÖu diesel sö dông cho ®éng c¬ diesel, lµm gi¶m mét c¸ch ®¸ng kÓ l­îng khÝ th¶i vµ h¬n n÷a nã lµ mét nhiªn liÖu cã thÓ kh¶ n¨ng t¸i t¹o ®­îc. Biodiesel ®­îc s¶n xuÊt tõ c¸c lo¹i mì c¸, dÇu thùc vËt, dÇu th¶i.