Thạc Sĩ Khảo sát tính chất lý hóa của hạt và dầu jatropha và quá trình tổng hợp diesel sinh học từ dầu hạt j

TÓM TẮT LUẬN VĂN
Nhiên liệu sinh học (biodiesel – BDF) là hỗn hợp ankyl este của axit béo với
các ancol mạch ngắn như metanol, etanol, propanol, có khả năng dùng phối trộn
với nhiên liệu diesel truyền thống mà không cần cải tiến động cơ nhằm góp phần
làm giảm ô nhiễm môi trường và giảm sự phụ thuộc vào dầu mỏ ở các nước phải
nhập khẩu dầu. BDF được điều chế chủ yếu từ dầu mỡ động thực vật ăn được hay
không ăn được. Có nhiều phương pháp điều chế BDF như: phương pháp sấy nóng,
phương pháp pha loãng, phương pháp cracking, phương pháp nhũ tương hóa,
phương pháp transeste hóa, .Trong phương pháp transeste hóa có nhiều cách thực
hiện phản ứng như: phương pháp hóa học, phương pháp siêu âm, phương pháp vi
sóng, và xúc tác dùng cho phản ứng transeste hóa có thể: xúc tác axit, xúc tác
bazơ, xúc tác enzym,
Trong luận văn này tập trung vào việc khảo sát:
- Tính chất lý hóa của hạt và dầu jatropha: kích thước hạt, hàm lượng dầu,
thành phần axit béo trong dầu jatropha được trồng ở tỉnh Bình Thuận – Việt Nam.
- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình este hóa hạ chỉ số dầu: tỷ lệ
khối lượng metanol/dầu, tỷ lệ khối lượng xúc tác H2SO4/dầu, nhiệt độ phản ứng,
thời gian phản ứng và đưa ra điều kiện tốt nhất thực hiện phản ứng este hóa hạ chỉ
số axit của dầu jatropha. Sau đó, đánh giá hiệu suất thu hồi dầu.
- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng transeste hóa sản xuất
biodiesel từ dầu jatropha đã qua xử lí: Tỷ lệ mol metanol/dầu, tỷ lệ khối lượng xúc
tác NaOH/dầu, nhiệt độ phản ứng, thời gian phản ứng. Sau đó, đưa ra điều kiện tốt
nhất để thực hiện phản ứng transeste hóa dầu jatropha có chỉ số axit thấp sản xuất
BDF.
- Thực hiện phản ứng với lượng lớn với các điều kiện phản ứng được chọn
tốt nhất trong phần khảo sát.
Sản phẩm biodiesel được nhận danh bằng sắc kí bản mỏng, phổ proton và
phân tích các chỉ tiêu lý hóa của BDF theo tiêu chuẩn Việt Nam tại Trung tâm Phân
tích Đo lường Chất lượng 3 – TP. Hồ Chí Minh.

MỤC LỤC
TRANG PHỤ BÌA
LỜI CẢM ƠN . i
TÓM TẮT LUẬN VĂN . ii
MỤC LỤC . iii
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT . iv
DANH MỤC BẢNG . ix
DANH MỤC HÌNH xi
MỞ ĐẦU . 1
CHưƠNG 1 – TỔNG QUAN . 3
1.1. Tình hình năng lượng thế giới 3
1.2. Nhiên liệu điêzen . 3
1.2.1. Nguồn gốc . 3
1.1.2. Tính chất nhiên liệu điêzen 4
1.1.2.1. Trị số cetan 4
1.1.2.2. Độ nhớt của nhiên liệu điêzen . 6
1.1.2.3. Thành phần cất . 7
1.1.2.4. Một số tính chất khác 8
1.2. Nhiên liệu biodiesel 9
1.2.1. Khái niệm . 9
1.2.2. Các tính năng khi sử dụng biodiesel . 10
1.2.3. Các tiêu chuẩn về BDF nguyên chất 11
1.3. Tình hình sản xuất và sử dụng biodiesel trên thế giới và Việt Nam 13
1.4. Tình hình nghiên cứu biodiesel 17
1.5. Nguyên liệu sản xuất biodiesel . 19
1.6. Các phương pháp hạ chỉ số axit của dầu nguyên liệu 22
1.6.1. Khử axit của dầu thực vật bằng cách chiết với dung môi phân cực . 22
1.6.2. Khử axit bằng các hợp chất của kim loại nhóm IA trong dung môi phân
cực 24
Trường ĐH Khoa học Tự nhiên - Luận văn Thạc sỹ Hóa học - 2010
Nguyễn Mộng Hoàng i v
1.7. Các phương pháp điều chế biodiesel 29
1.7.1. Phương pháp sấy nóng 29
1.7.2. Phương pháp pha loãng 29
1.7.3. Phương pháp cracking . 30
1.7.4. Phương pháp nhũ tương hóa . 30
1.7.5. Hydroprocessing dầu thực vật . 30
1.7.6. Phương pháp transeste hóa 31
1.7.7. Phản ứng transeste hóa điều chế BDF 31
1.8. Các phương pháp thực hiện phản ứng transeste hóa 32
1.8.1. Phương pháp hóa học . 32
1.8.2. Phương pháp siêu âm 32
1.8.3. Phương pháp vi sóng 32
1.8.4. Phản ứng transeste hóa môi trường siêu tới hạ 32
1.9. Các loại xúc tác dùng trong phản ứng transeste hóa 32
1.9.1. Xúc tác axit . 32
1.9.2. Xúc tác bazơ . 33
1.9.3. Xúc tác rắn 35
1.9.4. Xúc tác enzym 35
1.9.5. Xúc tác bazơ không ion . 35
1.10. Giới thiệu về đặc tính sinh học cây Jatropha curcas L . 38
1.10.1. Đặc điểm của cây jatropha 38
1.10.2. Điều kiện sống của cây Jatropha Curcas L. 41
1.10.3. Phân bố . 41
CHưƠNG 2 – THỰC NGHIỆM 45
2.1. Nguyên liệu, hóa chất và thiết bị 45
2.1.1. Nguyên liệu 45
2.1.2. Hóa chất . 45
2.1.3. Thiết bị và dụng cụ 45
2.2. Khảo sát tính chất lý học của hạt jatropha . 46
Trường ĐH Khoa học Tự nhiên - Luận văn Thạc sỹ Hóa học - 2010
Nguyễn Mộng Hoàng v
2.2.1. Kích thước hạt 46
2.2.2. Tỷ lệ khối lượng nhân hạt . 46
2.3. Trích ly dầu hạt jatropha . 46
2.3.1. Xác định hàm lượng dầu trong hạt bằng phương pháp ly trích soxhlet 46
2.3.2. Ép dầu bằng phương pháp cơ học và tính hiệu suất ép dầu . 47
2.4. Khảo sát tính chất hóa lý của dầu hạt jatropha . 49
2.4.1. Xác định chỉ số axit của dầu 49
2.4.2. Xác định chỉ số xà phòng hóa và chỉ số iốt của dầu jatropha . 50
2.4.3. Xác định thành phần axit béo của dầu jatropha 50
2.5. Quy trình điều chế biodiesel từ dầu hạt jatropha . 50
2.5.1. Phản ứng este hóa dầu jatropha với xúc tác H2SO4 để hạ chỉ số axit của
dầu 51
2.5.2. Phản ứng transeste hóa dầu jatropha có chỉ số axit thấp với tác chất là
metanol và xúc tác NaOH 51
2.5.3. Tính hiệu suất phản ứng transeste hóa 54
2.5.4. Theo dõi mức độ chuyển hóa của phản ứng transeste hóa bằng phương
pháp sắc kí bản mỏng (TLC) . 56
2.6. Điều chế BDF với mẻ lớn 56
2.7. Xác định độ chuyển hóa của phản ứng transeste hóa bằng phổ proton 56
CHưƠNG 3 – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 58
3.1. Tính chất lý hóa của hạt jatropha và dầu jatropha 58
3.1.1. Kích thước hạt jatropha . 58
3.1.2. Tỷ lệ khối lượng nhân và vỏ hạt . 58
3.1.3. Hiệu suất ly trích dầu 59
3.1.4. Chỉ số axit . 61
3.1.5. Chỉ số iốt và chỉ số xà phòng hóa . 62
3.1.6. Thành phần axit béo . 63
3.2. Quá trình este hóa hạ chỉ số axit của dầu . 66
3.2.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ metanol/dầu . 66
Trường ĐH Khoa học Tự nhiên - Luận văn Thạc sỹ Hóa học - 2010
Nguyễn Mộng Hoàng v i
3.2.2. Ảnh hưởng của nồng độ xúc tác H2SO4 67
3.2.3. Ảnh hưởng của thời gian thực hiện phản ứng este hóa 68
3.2.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình este hóa dầu jatropha hạ chỉ số
axit 69
3.3. Quá trình transeste hóa dầu 71
3.3.1. Nồng độ xúc tác NaOH 71
3.3.2. Nồng độ metanol . 73
3.3.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình transeste hóa . 76
3.3.4. Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình transeste hóa 78
3.4. Kết quả thí nghiệm với mẻ lớn . 78
3.4.1. Este hóa . 78
3.4.2. Phân tích sản phẩm este hóa bằng phổ proton 79
3.4.3. Transeste hóa . 79
3.4.4. Xác định độ chuyển hóa sản phẩm bằng phổ proton 80
3.5. Tính chất hóa lý của sản phẩm . 81
KẾT LUẬN .84
DANH MỤC CÔNG TRÌNH TÁC GIẢ .85
TÀI LIỆU THAM KHẢO .86
PHỤ LỤC 1 .94
PHỤ LỤC 2 .98
PHỤ LỤC 3 .99
PHỤ LỤC 4 .100
PHỤ LỤC 5 .101
PHỤ LỤC 6 .102
PHỤ LỤC 7 .103
PHỤ LỤC 8 .104
PHỤ LỤC 9 .105