Luận án tiến sĩ về xúc tác cacbon hóa từ bã tảo cho chuyển hóa dầu lanh thành biokerosen

• Tác giả: Trần Quốc Hải
• Người hướng dẫn: GS.TS Nguyễn Khánh Diệu Hồng
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học
• Đề tài: Nghiên Cứu Xúc Tác Cacbon Từ Bã Tảo Để Chuyển Hóa Dầu Lanh Thành Biokerosen
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ, HÌNH VẼ
• GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI
• 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
• 1.1. Xúc tác cacbon hóa và cacbon hóa MQTB
• 1.2. Khái quát chung về xúc tác cacbon hóa
• 1.3. Khái quát về xúc tác cacbon hóa MQTB
• 1.4. Các phương pháp chế tạo xúc tác cacbon hóa MQTB
• 1.5. Nguyên liệu bã tảo để tổng hợp xúc tác cacbon hóa MQTB
• 1.6. Giới thiệu chung về nhiên liệu kerosen và biokerosen
• 1.7. Kerosen và nhiên liệu phản lực
• 1.8. Khái quát về nhiên liệu biokerosen
• 1.9. Các loại nguyên liệu có thể chuyển hóa thành biokerosen
• 1.10. Các phương pháp tổng hợp biokerosen, phân đoạn cơ sở để chế tạo NLPL sinh học
• 1.11. Chuyển hóa dầu thực vật thành biokerosen theo phương pháp trao đổi este
• 1.12. Các phương pháp trao đổi este khác
• 1.13. Tình hình nghiên cứu về xúc tác meso cacbon hóa, nhiên liệu biokerosen trên thế giới và Việt Nam
• 1.14. Nghiên cứu về xúc tác meso cacbon hóa
• 1.15. Nghiên cứu về nhiên liệu biokerosen
• 2. THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Hóa chất và nguyên liệu sử dụng trong luận án
• 2.2. Nhiệt phân bã tảo thu biochar
• 2.3. Chế tạo xúc tác meso cacbon hóa
• 2.4. Phương pháp ngưng tụ tự sắp xếp - bay hơi dung môi
• 2.5. Phương pháp ngưng tụ tự sắp xếp - kết tinh thủy nhiệt
• 2.6. Đánh giá độ bền thủy nhiệt của xúc tác meso cacbon hóa
• 2.7. Tạo hạt cho xúc tác meso cacbon hóa
• 2.8. Chuyển hóa dầu lanh thành biokerosen trên xúc tác meso cacbon hóa
• 2.9. Xác định một số chỉ tiêu cơ bản của dầu lanh
• 2.10. Khảo sát quá trình trao đổi este dầu lanh trên xúc tác meso cacbon hóa
• 2.11. Tính hiệu suất tạo biokerosen
• 2.12. Phối trộn biokerosen với Jet A-1 tạo NLPL sinh học
• 2.13. Các phương pháp phân tích hóa lý để xác định đặc trưng xúc tác
• 2.14. Phương pháp phổ quang điện tử tia X (XPS)
• 2.15. Phương pháp phân tích nhiệt khối lượng – nhiệt lượng quét kết hợp đầu dò khối phổ (TGA-DSC-MS)
• 2.16. Xác định độ dị thể của xúc tác. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)
• 2.17. Phương pháp phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX)
• 2.18. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM)
• 2.19. Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM)
• 2.20. Phương pháp phổ hồng ngoại (FT-IR)
• 2.21. Phương pháp giải hấp theo chương trình nhiệt độ
• 2.22. Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ - nhả hấp phụ N2 (BET)
• 2.23. Xác định một số tính chất cơ lý của xúc tác
• 2.24. Các phương pháp phân tích nguyên liệu và sản phẩm
• 2.25. Xác định tỷ trọng (ASTM D1298)
• 2.26. Xác định độ nhớt động học (ASTM D445)
• 2.27. Xác định chỉ số xà phòng (ASTM D5558). Xác định chỉ số axit (ASTM D664)
• 2.28. Xác định hàm lượng nước (ASTM D95)
• 2.29. Xác định chỉ số iot (EN-14111)
• 2.30. Xác định hàm lượng các tạp chất cơ học (ASTM D3042)
• 2.31. Xác định hàm lượng cặn cacbon (ASTM D189/97)
• 2.32. Xác định chiều cao ngọn lửa không khói (ASTM D1322)
• 2.33. Xác định thành phần chưng cất phân đoạn (ASTM D86)
• 2.34. Xác định nhiệt độ đông đặc (ASTM D97)
• 2.35. Xác định nhiệt độ chớp cháy cốc kín (ASTM D93)
• 2.36. Xác định hàm lượng hydrocacbon thơm (ASTM D1319)
• 2.37. Xác định hàm lượng lưu huỳnh (ASTM D7679)
• 2.38. Xác định ăn mòn mảnh đồng (ASTM D130)
• 2.39. Xác định độ ổn định oxy hóa (ASTM D2274)
• 2.40. Xác định độ dẫn điện (ASTM D2624)
• 2.41. Xác định tính bôi trơn (ASTM D5001)
• 2.42. Xác định hàm lượng nhựa thực tế (ASTM D381). Xác định ngoại quan (màu sắc, mùi) (ASTM D1500, D6045)
• 2.43. Thành phần hóa học của biokerosen
• 3. THẢO LUẬN KẾT QUẢ
• 3.1. Nghiên cứu chế tạo xúc tác cacbon hóa mao quản trung bình từ nguồn bã tảo
• 3.2. Nghiên cứu quá trình sunfo hóa biochar
• 3.3. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chế tạo xúc tác cacbon hóa MQTB từ biochar sunfo hóa
• 3.4. Nghiên cứu cấu trúc của xúc tác cacbon hóa MQTB
• 3.5. Nghiên cứu mở rộng kích thước mao quản cho xúc tác meso cacbon hóa bã tảo
• 3.6. Nghiên cứu độ bền nhiệt và độ bền thủy nhiệt của xúc tác meso cacbon hóa bã tảo
• 3.7. Nghiên cứu trạng thái hóa trị các nguyên tố có trong xúc tác
• 3.8. Nghiên cứu độ axit của xúc tác meso cacbon hóa bã tảo
• 3.9. Nghiên cứu tạo hạt cho xúc tác meso cacbon hóa bã tảo
• 3.10. Khảo sát quá trình tạo hạt
• 3.11. Cấu trúc MQTB của xúc tác trước và sau quá trình tạo hạt
• 3.12. Nghiên cứu quá trình chuyển hóa dầu lanh thành metyl este (biokerosen)
• 3.13. Phân tích tính chất nguyên liệu dầu lanh
• 3.14. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp biokerosen
• 3.15. Đánh giá độ ổn định của xúc tác meso cacbon hóa bã tảo
• 3.16. Xác định thành phần của sản phẩm biokerosen tổng hợp từ dầu lanh
• 3.17. Nghiên cứu phối trộn để chế tạo nlpl sinh học từ phân đoạn biokerosen đã tổng hợp
• 3.18. Một số chỉ tiêu kỹ thuật quan trọng của biokerosen tổng hợp
• 3.19. Kết quả pha trộn tạo NLPL sinh học
• NHỮNG ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về đề tài

Nghiên cứu xúc tác cacbon từ bã tảo để chuyển hóa dầu lanh thành biokerosen là một lĩnh vực quan trọng trong phát triển năng lượng tái tạo. Xúc tác cacbon hóa từ nguồn bã tảo được xem như một giải pháp bền vững, giúp giảm thiểu chất thải và tối ưu hóa quy trình sản xuất nhiên liệu sinh học. Việc sử dụng bã tảo không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn tạo ra nguồn nguyên liệu giá trị cho quá trình sản xuất biokerosen. Mục tiêu chính của nghiên cứu là chế tạo thành công xúc tác meso cacbon hóa từ bã tảo, nhằm nâng cao hiệu suất chuyển hóa dầu lanh thành biokerosen. Nghiên cứu này không chỉ có ý nghĩa khoa học mà còn có giá trị thực tiễn cao trong việc phát triển các nguồn năng lượng tái tạo.

II. Tổng quan lý thuyết

Nghiên cứu về xúc tác cacbon hóa đã chỉ ra rằng việc sử dụng bã tảo làm nguyên liệu có thể tạo ra các xúc tác có hoạt tính cao. Quá trình chuyển hóa dầu lanh thành biokerosen thông qua xúc tác meso cacbon hóa là một phương pháp hiệu quả. Các nghiên cứu trước đây đã chứng minh rằng xúc tác cacbon hóa có thể cải thiện hiệu suất chuyển hóa nhờ vào việc tạo ra các mao quản trung bình (MQTB) có kích thước phù hợp với các phân tử trong dầu thực vật. Điều này giúp tăng cường khả năng khuếch tán và tiếp xúc giữa các phân tử dầu và xúc tác, từ đó nâng cao hiệu suất tạo ra biokerosen. Các phương pháp chế tạo xúc tác cũng đã được nghiên cứu kỹ lưỡng, với nhiều kỹ thuật hiện đại được áp dụng để tối ưu hóa cấu trúc và tính chất của xúc tác.

III. Thực nghiệm và các phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu đã áp dụng nhiều phương pháp thực nghiệm để chế tạo và đánh giá xúc tác meso cacbon hóa từ bã tảo. Các phương pháp như nhiệt phân, sunfo hóa và ngưng tụ đã được sử dụng để tạo ra biochar và xúc tác. Đặc biệt, phương pháp TG-DSC-MS đã được áp dụng để xác định thành phần khí sinh ra trong quá trình phân tích nhiệt xúc tác. Kết quả cho thấy xúc tác meso cacbon hóa có khả năng hoạt động cao và ổn định trong điều kiện phản ứng. Các chỉ tiêu hóa lý của biokerosen cũng được xác định để đánh giá chất lượng sản phẩm. Nghiên cứu này không chỉ cung cấp thông tin quý giá về quá trình chế tạo xúc tác mà còn mở ra hướng đi mới cho việc sản xuất biokerosen từ dầu lanh.

IV. Kết quả và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy xúc tác meso cacbon hóa từ bã tảo có khả năng chuyển hóa dầu lanh thành biokerosen với hiệu suất cao. Các yếu tố như nhiệt độ, thời gian phản ứng và hàm lượng xúc tác đều ảnh hưởng đến hiệu suất tạo ra biokerosen. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng việc tối ưu hóa kích thước mao quản trong xúc tác là rất quan trọng để nâng cao khả năng khuếch tán của các phân tử dầu. Các kết quả này không chỉ khẳng định tính khả thi của việc sử dụng bã tảo làm nguyên liệu mà còn mở ra cơ hội cho việc phát triển các quy trình sản xuất nhiên liệu sinh học bền vững hơn trong tương lai.

V. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Nghiên cứu này có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển các nguồn năng lượng tái tạo. Biokerosen từ dầu lanh không chỉ đáp ứng nhu cầu năng lượng mà còn góp phần bảo vệ môi trường. Việc sử dụng xúc tác cacbon hóa từ bã tảo không chỉ giúp giảm thiểu chất thải mà còn tạo ra nguồn nguyên liệu giá trị cho ngành công nghiệp năng lượng. Các kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng rộng rãi trong sản xuất nhiên liệu sinh học, mở ra hướng đi mới cho việc phát triển các công nghệ xanh và bền vững trong tương lai.