Luận Văn Điều chế Biodiesel từ mỡ cá basa bằng phương pháp hóa siêu âm

TÓM TẮT: Đã điều chế được biodiesel từ mỡ cá basa bằng phương pháp transester
hóa với methanol và xúc tác kiềm. Việc sử dụng siêu âm ở tần số 35 kHz đã rút ngắn thời gian
phản ứng, thời gian tách pha và tạo ít tạp chất trong sản phẩm hơn so với phương pháp hóa
học thông thường. Các yếu tố như: bản chất và hàm lượng xúc tác, thời gian phản ứng, thời
gian hòa tan xúc tác vào methanol, tỷ lệ mol tác chất, công suất siêu âm đã được khảo sát và
đưa ra điều kiện tối ưu. Hiệu suất phản ứng trên 90% với sản phẩm biodiesel chứa trên 97%
methyl este và bảo đảm các quy chuẩn của TCVN cho nhiên liệu điêzen sinh học gốc (B100).
1. GIỚI THIỆU
Biodiesel hay diesel sinh học (biodiesel fuel, thường viết tắt là BDF) là thuật ngữ dùng để
chỉ loại nhiên liệu dùng cho động cơ diesel được sản xuất từ dầu thực vật hay mỡ động vật.
Thành phần chính của BDF là các alkyl este, thông dụng nhất là metyl este. Trong những năm
gần đây, có rất nhiều nước trên thế giới nghiên cứu, sử dụng và phát triển sản xuất biodiesel để
góp phần giải quyết an ninh năng lượng, thay thế nguồn nhiên liệu hóa thạch đang cạn dần,
góp phần đa dạng hóa và tạo ra nguồn năng lượng sạch làm giảm ô nhiễm môi trường [1].
Nhiều phương pháp điều chế biodiesel từ dầu mỡ động thực vật đã được đưa ra như: sấy
nóng, pha loãng, cracking, nhũ tương hóa, transeste hóa, Trong số đó thông dụng nhất là
phản ứng transeste hóa do quá trình phản ứng tương đối đơn giản và tạo ra sản phẩm este có
tính chất hóa lý gần giống nhiên liệu diesel. Hơn nữa, các este có thể được đốt cháy trực tiếp
trong buồng đốt của động cơ và khả năng hình thành cặn thấp [2].
Phản ứng transester hóa là phản ứng giữa triglyceride (thành phần chính trong dầu thực vật
hay mỡ động vật) và alcohol (phương trình 1). Sản phẩm biodiesel thu được là hỗn hợp monoalkyl
ester. Sự hiện diện của xúc tác (axít, kiềm .) sẽ thúc đẩy quá trình phản ứng. Để đạt hệ
số chuyển đổi cao phải dùng lượng dư alcohol do phản ứng transester hóa là quá trình thuận
nghịch.
Có nhiều kỹ thuật đã được áp dụng để thực hiện phản ứng transeste hóa dầu mỡ động thực
vật như khuấy gia nhiệt với nhiều loại xúc tác khác nhau [3-6], thực hiện phản ứng transeste
hóa trong môi trường alcohol siêu tới hạn [7,8], kỹ thuật siêu âm, vi sóng, . [9-12]. Theo các
tài liệu [9-12] phương pháp siêu âm áp dụng cho phản ứng transeste hóa dầu thực vật có ưu
điểm là rút ngắn thời gian phản ứng, đồng thời độ chuyển hóa của phản ứng tương đối cao.
H2C OCOR1
HC OCOR2
H2C OCOR3
+ 3CH3OH
H2C OH
HC OH
H2C OH
+
H3COCOR1
H3COCOR2
H3COCOR3
(1)
Việt Nam là quốc gia xuất khẩu cá basa mạnh trên thế giới. Năm 2007 sản lượng cá đạt
trên 800.000 tấn/năm tương ứng với lượng mỡ cá trên 200.000 tấn/năm và dự kiến năm 2008
sẽ đạt hơn 1 triệu tấn/năm tương ứng với lượng mỡ cá khoảng 300.000 tấn/năm [13]. Trong
Science & Technology Development, Vol 12, No.03 - 2009
Trang 52 Bản quyền thuộc ĐHQG-HCM
thời gian qua đã có nhiều cơ sở sản xuất BDF từ mỡ cá basa. Tuy nhiên, chưa có những nghiên
cứu khoa học sâu về vấn đề này cũng như quy trình công nghệ chưa nghiêm ngặt, dẫn đến sản
phẩm BDF chưa tinh khiết và không tuân thủ tiêu chuẩn quốc tế, gây hậu quả khi đưa vào sử
dụng thực tế. Điều này dẫn đến một số nhận định sai lầm cho rằng BDF từ mỡ cá basa không
thể pha trộn làm nhiên liệu thay thế cho động cơ diesel.
Trong công trình này chúng tôi nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến các quá trình điều
chế BDF từ mỡ cá basa bằng phương pháp hóa siêu âm nhằm đưa ra quy trình công nghệ đơn
giản, dễ thực hiện, ít tốn thời gian mà vẫn bảo đảm đầy đủ tiêu chuẩn của sản phẩm BDF.