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.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Nhu cầu tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch toàn cầu đang gia tăng nhanh chóng, trong khi trữ lượng dầu mỏ thế giới ước tính khoảng 150 tỷ tấn đang dần cạn kiệt với mức tiêu thụ hàng năm xấp xỉ 3,6 tỷ tấn. Tại Việt Nam, dự báo đến năm 2020 tổng nhu cầu xăng dầu lên tới 19,55 triệu tấn, trong khi khả năng cung ứng nội địa từ ba nhà máy lọc dầu chỉ đáp ứng khoảng 14,66 triệu tấn, dẫn tới nguy cơ thiếu hụt khoảng 25% nguồn cung năng lượng. Xu hướng diesel hóa động cơ giao thông vận tải càng làm gia tăng áp lực nhập khẩu nhiên liệu và ô nhiễm khí thải đô thị. Việc tìm kiếm nguồn năng lượng tái tạo thân thiện với môi trường là nhiệm vụ chiến lược cấp thiết.

Nghiên cứu tập trung giải quyết bài toán tận dụng dầu hạt cao su – một phụ phẩm phi thực phẩm dồi dào với năng suất thu hồi khoảng 260 lít dầu/hecta và giá thành thô chỉ khoảng 4.000 đồng/lít (thấp hơn 2 đến 5 lần so với dầu đậu nành hay dầu thầu dầu). Trở ngại lớn nhất của dầu hạt cao su là chỉ số axit rất cao, dao động từ 60 đến 72 mg KOH/g (tương đương hàm lượng axit béo tự do khoảng 35%), gây khó khăn cho quá trình kiềm hóa truyền thống.

Mục tiêu của luận văn là xây dựng quy trình công nghệ chuyển hóa hai giai đoạn để tổng hợp biodiesel đạt tiêu chuẩn nhiên liệu, đồng thời chế tạo hệ xúc tác dị thể NaOH/MgO và Na2CO3/γ-Al2O3 nhằm thay thế xúc tác đồng thể khó thu hồi. Đề tài được triển khai thực nghiệm tại phòng thí nghiệm chuyên ngành Công nghệ Hóa học thuộc Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Nghiên cứu mang lại ý nghĩa kinh tế - kỹ thuật vượt bậc khi nâng cao giá trị cây cao su, hạ giá thành sản xuất nhiên liệu sinh học và giảm thiểu đáng kể phát thải độc hại ra môi trường.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng hóa học lipid, động học phản ứng chuyển hóa este (transesterification) và lý thuyết xúc tác dị thể bazơ. Thành phần chủ yếu của dầu thực vật là triglyceride chiếm 95% đến 98% khối lượng, được cấu tạo từ glycerin liên kết với các axit béo mạch dài. Quá trình tổng hợp biodiesel là phản ứng thuận nghịch chuyển hóa triglyceride cùng methanol thành hỗn hợp mono-alkyl este (FAME) và sản phẩm phụ glycerin.

Bên cạnh phản ứng este hóa chính, cơ sở lý thuyết đặc biệt chú trọng đến phản ứng este hóa axit béo tự do (FFA) xúc tác axit nhằm hạ chỉ số axit ban đầu. Các khái niệm và chỉ số kỹ thuật then chốt được áp dụng xuyên suốt gồm: chỉ số axit (lượng mg KOH trung hòa 1 g mẫu), độ nhớt động học tại 40°C theo tiêu chuẩn ASTM D445, nhiệt độ chớp cháy cốc kín (ASTM D93) và trị số cetane biểu thị tính tự bắt cháy (ASTM D613). Về mặt xúc tác học, lý thuyết phân tán pha hoạt tính kiềm trên chất mang oxit kim loại (MgO, γ-Al2O3) giải thích cơ chế hình thành các tâm bazơ mạnh trên bề mặt mao quản rắn.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thực nghiệm sử dụng dầu hạt cao su thô ép từ nhân hạt cao su khu vực Đông Nam Bộ (chứa 40% đến 60% hàm lượng dầu trong nhân) cùng methanol và hóa chất tinh khiết trên 99%.

Cỡ mẫu nghiên cứu được thiết kế qua hơn 40 mẻ phản ứng ở các dải thông số công nghệ khác nhau. Phương pháp chọn mẫu là lấy mẫu đại diện đồng nhất theo tiêu chuẩn TCVN, mỗi chỉ tiêu đo lường lặp lại 3 lần độc lập và lấy giá trị trung bình với độ sai lệch quy định dưới 0,1 mg KOH/g đối với chỉ số axit và dưới 0,5% đối với chỉ số xà phòng.

Lý do lựa chọn phương pháp phân tích:

• Phương pháp phổ nhiễu xạ tia X (XRD) và kính hiển vi điện tử quét (SEM) được lựa chọn để xác định chính xác cấu trúc tinh thể, hình thái bề mặt và độ phân tán của pha hoạt tính bazơ trên chất mang xốp.
• Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR) và sắc ký khí (GC) được sử dụng nhằm định tính nhóm chức este và định lượng thành phần alkyl este trong sản phẩm biodiesel.
• Các tiêu chuẩn ASTM (D86, D93, D445, D130, D613) cùng tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 6127-1997, TCVN 6126-1996) được áp dụng nhằm đảm bảo độ tin cậy và khả năng so sánh quốc tế của các chỉ tiêu hóa lý nhiên liệu. Toàn bộ lộ trình thực nghiệm hoàn thành trong 12 tháng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình nghiên cứu thực nghiệm đã ghi nhận bốn phát hiện công nghệ nổi bật:

Thứ nhất, phản ứng este hóa giai đoạn 1 với xúc tác axit H2SO4 98% đã khử thành công hàm lượng axit béo tự do trong dầu hạt cao su. Khi duy trì tỷ lệ methanol/dầu ở mức tối ưu và thời gian phản ứng từ 1 đến 2 giờ, chỉ số axit của dầu giảm mạnh từ 60 - 72 mg KOH/g xuống dưới 1 - 5 mg KOH/g (giảm hơn 92% lượng axit tự do), đáp ứng hoàn hảo yêu cầu nguyên liệu cho giai đoạn trao đổi este.

Thứ hai, chế tạo thành công xúc tác dị thể NaOH/MgO và Na2CO3/γ-Al2O3 có hoạt tính cao. Bằng cách nung hoạt hóa MgO thương phẩm tại 900°C trong 4 giờ, thủy nhiệt tạo Mg(OH)2 và mang NaOH ở nhiệt độ 500°C qua 3 chu kỳ phối trộn, xúc tác đạt độ phân tán pha hoạt tính tuyệt đối trên bề mặt mao quản.

Thứ ba, phản ứng chuyển hóa este giai đoạn 2 trên xúc tác NaOH/MgO đạt hiệu suất tạo biodiesel lên tới 90% tại điều kiện nhiệt độ 60 - 65°C, tỷ lệ mol methanol/dầu đạt 6:1 đến 9:1 trong thời gian 2 đến 3 giờ. Xúc tác dị thể thể hiện độ bền cơ lý tốt, có khả năng tách lọc dễ dàng và tái sử dụng qua nhiều chu kỳ phản ứng mà vẫn duy trì hoạt tính ổn định.

Thứ tư, thử nghiệm thực tế hỗn hợp nhiên liệu B20 (20% biodiesel dầu hạt cao su pha với 80% diesel khoáng DO) trên động cơ diesel cho thấy các chỉ tiêu phát thải giảm rõ rệt so với diesel truyền thống. Lượng khói đen, hydrocacbon chưa cháy (HC), khí CO và CO2 đều suy giảm từ 15% đến 30% ở các chế độ tải và tốc độ vòng quay khác nhau. Hàm lượng oxy nội tại 11% trong phân tử biodiesel giúp quá trình cháy diễn ra hoàn toàn hơn.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân giai đoạn 1 đạt hiệu quả cao là nhờ lượng dư methanol thúc đẩy cân bằng chuyển dịch theo chiều tạo methyl este của axit béo, đồng thời hòa tan và hạn chế sự ức chế của nước sinh ra.

Trong giai đoạn 2, việc sử dụng xúc tác dị thể NaOH/MgO giải quyết triệt để các nhược điểm của xúc tác đồng thể lỏng (vốn gây tạo bọt xà phòng khó lắng, thất thoát este và ô nhiễm nguồn nước thải rửa). Độ chuyển hóa 90% của xúc tác NaOH/MgO cao vượt trội so với các loại xúc tác rắn khác như MgO thuần túy (chỉ đạt 11%) hay nhựa trao đổi ion Amberlyst (dưới 1%).

Dữ liệu nghiên cứu được biểu diễn trực quan qua hệ thống đồ thị và bảng số liệu khoa học:

• Phổ XRD và ảnh hiển vi SEM thể hiện rõ sự biến đổi cấu trúc pha và độ bao phủ của tinh thể NaOH trên nền MgO xốp.
• Các đồ thị biến thiên biểu diễn mối quan hệ giữa hiệu suất biodiesel theo nhiệt độ nung, hàm lượng pha hoạt tính và tỷ lệ methanol/dầu giúp xác định chính xác điểm tối ưu công nghệ.
• Đồ thị so sánh nồng độ phát thải (CO, NOx, HC, CO2) theo dải tốc độ vòng quay động cơ (rpm) giữa diesel khoáng và nhiên liệu B20 minh chứng rõ nét tính ưu việt môi trường của sản phẩm. Biodiesel nguyên chất giúp giảm tới 93,6% nguy cơ gây ung thư từ khí thải theo các đối sánh quốc tế.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả thực nghiệm, bốn nhóm giải pháp mang tính ứng dụng cao được đề xuất:

1. Hoàn thiện dây chuyền công nghệ sản xuất liên tục quy mô pilot: Doanh nghiệp năng lượng phối hợp với các viện nghiên cứu tiến hành thiết kế hệ thống phản ứng hai giai đoạn liên tục có thiết bị thu hồi methanol hồi lưu, mục tiêu nâng công suất đạt 5.000 đến 10.000 tấn biodiesel/năm trong lộ trình 2 đến 3 năm tới.

2. Tiêu chuẩn hóa quy trình thu gom và sơ chế hạt cao su: Tập đoàn Công nghiệp Cao su Việt Nam cần chỉ đạo các nông trường cao su tại Đông Nam Bộ và Tây Nguyên thiết lập mạng lưới thu gom quả hạt định kỳ. Ứng dụng quy trình sấy và vô hoạt enzyme lipase ngay sau thu hoạch nhằm khống chế chỉ số axit của dầu thô dưới mức 20 mg KOH/g, giúp tiết kiệm 25% chi phí hóa chất xử lý giai đoạn đầu.

3. Tối ưu hóa công nghệ sản xuất và tái sinh xúc tác dị thể: Nhóm nghiên cứu vật liệu cần tiếp tục khảo sát phụ gia biến tính nhằm gia tăng độ bền liên kết pha hoạt tính trên chất mang γ-Al2O3 và MgO, đặt mục tiêu kéo dài tuổi thọ xúc tác lên trên 10 chu kỳ phản ứng liên tục mà không suy giảm hoạt tính bazơ trước năm 2028.

4. Xây dựng chính sách ưu đãi và tiêu chuẩn phối trộn nhiên liệu sinh học: Bộ Công Thương và Bộ Khoa học và Công nghệ cần ban hành quy chuẩn kỹ thuật quốc gia cho nhiên liệu B5 và B20 từ dầu phi thực phẩm, kết hợp chính sách trợ giá và miễn thuế môi trường cho các đơn vị tiên phong sản xuất biodiesel từ dầu phế thải và hạt cây công nghiệp.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Luận văn cung cấp nguồn tư liệu học thuật và thực tiễn giá trị cho bốn nhóm đối tượng:

• Các nhà nghiên cứu và giảng viên chuyên ngành Hóa dầu, Công nghệ Vật liệu, Kỹ thuật Hóa học: Tài liệu cung cấp dữ liệu thực nghiệm chi tiết về cơ chế phản ứng este hóa, tổng hợp vật liệu mang xúc tác dị thể kiềm và các phương pháp đặc trưng hóa bề mặt vật liệu (XRD, SEM, GC, FT-IR).
• Kỹ sư vận hành và chuyên gia R&D tại các nhà máy sản xuất nhiên liệu sinh học: Cung cấp thông số công nghệ chuẩn hóa về tỷ lệ mol, nhiệt độ, thời gian phản ứng hai giai đoạn để xử lý hiệu quả nguồn dầu có chỉ số axit cực cao.
• Doanh nghiệp ngành cao su và chế biến nông lâm sản: Mở ra hướng đi mới tận dụng nguồn hạt cao su hàng trăm ngàn tấn mỗi năm để tạo ra sản phẩm phụ có giá trị kinh tế cao, đa dạng hóa nguồn thu cho nông trường.
• Các nhà hoạch định chính sách năng lượng và môi trường: Cung cấp luận cứ khoa học thực chứng về tiềm năng giảm phát thải khí nhà kính và phương án tự chủ an ninh năng lượng từ nguồn sinh khối bản địa.

Câu hỏi thường gặp

1. Dầu hạt cao su có chỉ số axit cao gây trở ngại gì trong tổng hợp biodiesel? Chỉ số axit ban đầu của dầu hạt cao su lên tới 60 - 72 mg KOH/g do chứa khoảng 35% axit béo tự do. Nếu dùng trực tiếp xúc tác kiềm, axit tự do sẽ phản ứng tạo thành một lượng lớn xà phòng làm nhũ hóa hỗn hợp, gây thất thoát este, nghẽn thiết bị và giảm hiệu suất chuyển hóa xuống dưới 50%.

2. Vì sao cần áp dụng quy trình công nghệ hai giai đoạn? Quy trình hai giai đoạn kết hợp: giai đoạn 1 dùng xúc tác axit H2SO4 để este hóa axit béo tự do thành methyl este, hạ chỉ số axit xuống dưới 1 - 5 mg KOH/g; giai đoạn 2 dùng xúc tác bazơ để chuyển hóa hoàn toàn triglyceride thành biodiesel. Giải pháp này tối ưu hóa tốc độ phản ứng và ngăn chặn hiện tượng xà phòng hóa.

3. Ưu điểm vượt trội của xúc tác dị thể NaOH/MgO so với xúc tác đồng thể lỏng là gì? Xúc tác dị thể NaOH/MgO ở pha rắn nên dễ dàng tách khỏi hỗn hợp sản phẩm bằng phương pháp lọc ly tâm đơn giản, có thể thu hồi và tái sinh sử dụng nhiều lần. Điều này giúp loại bỏ hoàn toàn công đoạn rửa nước phức tạp, giảm phát sinh nước thải kiềm độc hại và hạ giá thành sản xuất.

4. Nhiên liệu B20 từ dầu hạt cao su có an toàn cho động cơ diesel hiện hành không? Hỗn hợp B20 (chứa 20% biodiesel) hoàn toàn tương thích và sử dụng trực tiếp cho các động cơ diesel thông thường mà không cần thay đổi kết cấu buồng đốt hay hệ thống kim phun. Biodiesel có độ bôi trơn cao và trị số cetane trên 56 giúp động cơ vận hành êm ái, giảm thiểu mài mòn chi tiết máy.

5. Biodiesel từ dầu hạt cao su đóng góp gì cho việc bảo vệ môi trường? Nhờ chứa hàm lượng lưu huỳnh cực thấp (dưới 0,002%) và 11% oxy nội tại, biodiesel cháy kiệt hơn diesel khoáng, giúp giảm phát thải hydrocacbon thơm, giảm khói đen và bụi mịn. Thử nghiệm thực tế cho thấy B20 làm giảm đáng kể nồng độ khí độc CO, CO2 và HC ở mọi dải tốc độ động cơ.

Kết luận

• Nghiên cứu đã xây dựng thành công quy trình công nghệ hai giai đoạn xử lý triệt để dầu hạt cao su có chỉ số axit cao (60 - 72 mg KOH/g), hạ hàm lượng axit béo tự do xuống mức tiêu chuẩn dưới 1 - 5 mg KOH/g.
• Chế tạo thành công hệ xúc tác dị thể NaOH/MgO và Na2CO3/γ-Al2O3 có hoạt tính cao, độ bền ổn định và khả năng tái sử dụng nhiều lần trong phản ứng trao đổi este.
• Xác lập bộ thông số công nghệ tối ưu ở giai đoạn 2 giúp hiệu suất thu hồi biodiesel đạt xấp xỉ 90%, sản phẩm đáp ứng đầy đủ các tiêu chuẩn kỹ thuật ASTM quốc tế.
• Thử nghiệm thực tế hỗn hợp B20 trên động cơ diesel chứng minh tính ưu việt rõ nét trong việc cải thiện chất lượng cháy và giảm phát thải khí độc hại CO, CO2, HC.
• Trong giai đoạn tiếp theo, nhóm nghiên cứu định hướng mở rộng thử nghiệm hệ thống phản ứng liên tục quy mô pilot trong 12 đến 24 tháng tới nhằm thương mại hóa sản phẩm. Hãy kết nối và hợp tác nghiên cứu để thúc đẩy ứng dụng nhiên liệu xanh từ nguồn sinh khối cao su Việt Nam.

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.