I. Xúc tác cacbon hóa và quá trình cacbon hóa mao quản trung bình
Luận án tập trung vào việc tổng hợp xúc tác cacbon hóa từ nguồn bã tảo, một nguyên liệu sinh học dồi dào. Xúc tác cacbon hóa được chế tạo thông qua quá trình cacbon hóa không hoàn toàn, tạo ra biochar làm tiền chất. Biochar sau đó được sunfo hóa để tăng độ axit và khả năng tương tác với chất tạo cấu trúc. Mao quản trung bình (MQTB) được hình thành nhờ sử dụng chất tạo cấu trúc mềm như CTAB, tạo ra hệ thống mao quản trật tự và thông thoáng. Quá trình này giúp cải thiện bề mặt riêng và độ chọn lọc hình dáng của xúc tác, phù hợp với kích thước động học của các phân tử lớn như triglyxerit trong dầu lanh.
1.1. Khái quát về xúc tác cacbon hóa
Xúc tác cacbon hóa là loại xúc tác có khung hữu cơ, được chế tạo từ các nguồn sinh khối chứa cacbohydrat. Chúng có lực axit mạnh và ổn định, thích hợp cho các quá trình tổng hợp nhiên liệu sinh học (NLSH). Tuy nhiên, nhược điểm của loại xúc tác này là bề mặt riêng thấp và thiếu hệ thống mao quản đồng đều, làm giảm hiệu quả phản ứng với các phân tử lớn.
1.2. Phương pháp chế tạo xúc tác cacbon hóa MQTB
Phương pháp chế tạo xúc tác cacbon hóa MQTB bao gồm các bước: nhiệt phân sinh khối tạo biochar, sunfo hóa để tăng độ axit, và sử dụng chất tạo cấu trúc mềm như CTAB để hình thành hệ thống mao quản trung bình. Quá trình này được thực hiện trong điều kiện êm dịu, đảm bảo tính ổn định và hiệu quả của xúc tác.
II. Ứng dụng xúc tác trong chuyển hóa dầu lanh thành biokerosen
Xúc tác cacbon hóa MQTB được ứng dụng trong quá trình chuyển hóa dầu lanh thành biokerosen, một loại nhiên liệu sinh học có tiềm năng thay thế nhiên liệu phản lực truyền thống. Dầu lanh, với thành phần giàu triglyxerit, được chuyển hóa thông qua phản ứng trao đổi este một giai đoạn. Xúc tác meso cacbon hóa với hệ thống MQTB thông thoáng giúp tăng hiệu suất chuyển hóa và độ chọn lọc sản phẩm.
2.1. Quá trình chuyển hóa dầu lanh
Quá trình chuyển hóa dầu lanh thành biokerosen được thực hiện thông qua phản ứng trao đổi este với methanol. Xúc tác meso cacbon hóa đóng vai trò quan trọng trong việc tăng tốc độ phản ứng và hiệu suất tạo sản phẩm. Các yếu tố ảnh hưởng như nhiệt độ, thời gian phản ứng, và tỷ lệ methanol/dầu được tối ưu hóa để đạt hiệu suất cao nhất.
2.2. Phối trộn biokerosen với nhiên liệu phản lực
Sau khi tổng hợp, biokerosen được phối trộn với nhiên liệu phản lực thương mại Jet A-1 để tạo ra nhiên liệu phản lực sinh học. Quá trình phối trộn được nghiên cứu để đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật như độ ổn định oxy hóa, nhiệt độ đông đặc, và hàm lượng lưu huỳnh đáp ứng tiêu chuẩn quốc tế.
III. Đánh giá và ứng dụng thực tiễn của xúc tác meso cacbon hóa
Xúc tác meso cacbon hóa từ bã tảo không chỉ có hoạt tính cao mà còn có khả năng tái sử dụng tốt, giảm chi phí sản xuất và thân thiện với môi trường. Nghiên cứu này mở ra hướng phát triển công nghệ chuyển hóa xanh, sử dụng nguyên liệu sinh học để sản xuất nhiên liệu tái tạo. Dầu lanh, với tiềm năng phát triển lớn ở Việt Nam, là nguyên liệu lý tưởng cho quá trình này.
3.1. Ý nghĩa khoa học
Nghiên cứu đóng góp vào việc phát triển xúc tác meso cacbon hóa với hệ thống MQTB trật tự, phù hợp cho các quá trình chuyển hóa dầu thực vật thành nhiên liệu sinh học. Đây là bước tiến quan trọng trong lĩnh vực hóa học xanh và năng lượng tái tạo.
3.2. Ý nghĩa thực tiễn
Xúc tác meso cacbon hóa có thể được sản xuất từ nguồn nguyên liệu sinh khối dồi dào như bã tảo, giảm thiểu chi phí và tác động môi trường. Biokerosen từ dầu lanh có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong ngành hàng không, góp phần giảm phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch.
