Tài liệu Nghiên cứu tập hợp và đặc trưng xúc tác lưỡng chức Calcium Silicate CS cho quá trình chuyển hoá dầu

ĐỀ TÀI: Nghiên cứu tập hợp và đặc trưng xúc tác lưỡng chức Calcium Silicate CS cho quá trình chuyển hoá dầu ăn thải thành biodiezel


LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, tôi xin bày tỏ ḷng biết ơn sâu sắc tới GS.TS. Đinh Thị Ngọ và TS. Nguyễn Khánh Diệu Hồng, là những người đă trực tiếp hướng dẫn một cách tận t́nh và chu đáo nhất cho tôi trong suốt quá tŕnh tôi làm đồ án. Hai cô không chỉ truyền đạt những kiến thức khoa học quư báu cho tôi mà hai cô c̣n là những người truyền cho tôi ngọn lửa đam mê với nghiên cứu khoa học, với nhiên liệu sạch, với con đường mà tụi đó chọn để bước tiếp trong tương lai.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Công nghệ Hữu cơ – Hóa dầu, là những người đă dạy dỗ những sinh viên chúng tôi trong suốt quá tŕnh chúng tôi học tập tại trường Đại học Bách Khoa Hà Nội.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn của ḿnh tới bố mẹ và gia đ́nh tôi, bạn bè và những người thơn luôn sát cánh và ủng hộ cho tôi.

Hà Nội, ngày ., thỏng , năm













MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÍ HỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT TRONG ĐỒ ÁN
DANH MỤC CÁC H̀NH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
DANH MỤC CÁC BẢNG
LỜI NÓI ĐẦU
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU SINH HỌC BIODIESEL
1.1. NHIÊN LIỆU SINH HỌC BIODIESEL
1.1.1. Định nghĩa biodiesel
1.1.2. Lịch sử phát triển của biodiesel
1.1.3. Ưu nhược điểm của nhiên liệu biodiesel
1.1.4. Tiêu chuẩn chất lượng đối với biodiesel
1.1.5. T́nh h́nh sản xuất, tiêu thụ biodiesel trên thế giới và Việt Nam
1.2. DẦU MỠ THẢI VÀ TIỀM NĂNG NGUYÊN LIỆU CHO TỔNG HỢP BIODIESEL
1.3. XÚC TÁC CHO QUÁ TR̀NH TỔNG HỢP BIODIESEL
1.3.1. Bản chất của phản ứng trao đổi este
1.3.2. Xúc tác bazơ đồng thể
1.3.3. Xúc tác axit đồng thể
1.3.4. Xúc tác dị thể
1.3.5. Xúc tác Enzym
1.4. GIỚI THIỆU VỀ XÚC TÁC LƯỠNG CHỨC CALCIUM SILICATE (CS)
CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. TỔNG HỢP XÚC TÁC LƯỠNG CHỨC CALCIUM SILICATE (CS)
2.1.1. Dụng cụ
2.1.2. Hóa chất
2.1.3. Phương pháp tiến hành
2.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHÊN CỨU ĐẶC TRƯNG XÚC TÁC
2.2.1. Phương pháp phổ nhiễu xạ tia X
2.2.2. Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại (IR)
2.2.3. Phương pháp hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope - SEM)
2.2.4. Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ - nhả hấp phụ Nitơ (BET)
2.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ TÍNH CHẤT NGUYÊN LIỆU
2.3.1. Tỷ trọng (ASTM D1298)
2.3.2. Độ nhớt động học (ASTM D445)
2.3.3. Chỉ số axit (ASTM D664)
2.3.4. Chỉ số xà pḥng hóa (ASTM D94)
2.3.5. Chỉ số Iot (TCVN 6122)
2.4. TỔNG HỢP BIODIESEL TỪ DẦU ĂN THẢI SỬ DỤNG XÚC TÁC CS
2.4.1. Dụng cụ
2.4.2. Hóa chất
2.4.3. Cách tiến hành
2.5. CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM
2.5.1. Tính toán hiệu suất hiệu suất của phản ứng trao đổi este
2.5.2. Phương pháp sắc kí- khối phổ (GC-MS)
2.5.3. Xác định chỉ số axit (ASTM D664)
2.5.4. Xác định độ nhớt động học (ASTM D445)
2.5.5. Xác định chỉ số xêtan
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. KẾT QUẢ TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG XÚC TÁC
3.1.1. Giản đồ nhiễu xạ tia X
3.1.2. Ảnh SEM
3.1.3. Phương pháp BET đánh giá bề mặt riêng của CS
3.1.4. Phổ hồng ngoại IR
3.2. TỔNG HỢP BIODIESEL TỪ DẦU ĂN THẢI SỬ DỤNG XÚC TÁC CS
3.2.1. Tính chất và thành phần nguyên liệu
3.2.2. Đánh giá hoạt tính xúc tác
3.2.3. Những yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất tổng hợp biodiesel
3.2.3. Kết quả tổng hợp biodiesel từ dầu ăn thải
KẾT LUẬN
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO





DANH MỤC CÁC KÍ HỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT TRONG ĐỒ ÁN


ASTM Tiêu chuẩn của hiệp hội thử nghiệm và vật liệu Mỹ
BET Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ - nhả hấp phụ N[SUB]2[/SUB]
CS Xỳc tỏc lưỡng chức Calcium Silicate
CTPT Công thức phân tử
EN Tiêu chuẩn Châu Âu
EU Liên minh Châu Âu
EIA Cơ quan thông tin năng lượng Hoa Kỳ
IR Phổ hấp phụ hồng ngoại
IUPAC Danh pháp quốc tế
ISO Tiêu chuẩn quốc tế
XRD Phương pháp nhiễu xạ tia X
SEM Phương pháp kính hiển vi điện tử quét
TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam
TNHH Trách nhiệm hữu hạn














DANH MỤC CÁC H̀NH VẼ VÀ ĐỒ THỊ


H́nh 1.1: Biểu đồ tăng trưởng sản lượng biodiesel trên toàn thế giới từ năm 2000 đến 2010
H́nh 1.2: Ḍng biodiesel thương mại trên toàn cầu năm 2010
H́nh 1.3: Ḍng biodiesel thương mại trên toàn cầu năm 2011
Hình 1.4: Phân bố chi phí của quá trình sản xuất biodiesel
Hình 1.5: Trật tự sắp xếp trong cấu trúc của xúc tác CS
H́nh 2.1: Tia tới và tia phản xạ trên bề mặt tinh thể
H́nh 2.2: Các dạng đ­ường đẳng nhiệt hấp phụ - nhả hấp phụ theo IUPAC
H́nh 2.3: Đồ thị biểu diễn sự biến thiên của P /V(P[SUB]o[/SUB] - P) theo P/P[SUB]o[/SUB]
H́nh 2.4: Sơ đồ thiết bị phản ứng gián đoạn
H́nh 2.5: Sơ đồ chiết tách thu biodiesel
Hình 3.1: Phổ XRD của mẫu 2 giờ
Hình 3.2: Phổ XRD của mẫu 14 giờ
Hình 3.3: Phổ XRD của mẫu 24 giờ
H́nh 3.4: XRD của một số mẫu xúc tác với lượng Cao thay đổi [28]
H́nh 3.5: Phổ XRD của mẫu 70[SUP]o[/SUP]C
H́nh 3.6: Phổ XRD của mẫu 80[SUP]o[/SUP]C
H́nh 3.7: Phổ XRD của mẫu 90[SUP]o[/SUP]C
Hình 3.8: Ảnh SEM của mẫu CS trước khi nung
H́nh 3.9: Ảnh SEM của mẫu xúc tác nung ở 300[SUP]o[/SUP]C và 500[SUP]o[/SUP]C
Hình 3.10: Ảnh SEM của mẫu CS sau khi nung 900[SUP]o[/SUP]C
Hình 3.11: Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến diện tích bề mặt của CS
Hình 3.12: Phổ IR của mẫu CS
H́nh 3.13: Ảnh hưởng của tỷ lệ CaO/SiO[SUB]2[/SUB] đến hoạt tính xúc tác
Hình 3.14: Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến hiệu suất tạo biodiesel
Hình 3.16: Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác
Hình 3.17: Ảnh hưởng của tỷ lệ mol metanol/dờu đờ́n hiệu suất thu metanol
Hình 3.18: Ảnh hưởng của nhợ̀t đụ̣ đờ́n hiệu suất thu biodiesel
H́nh 3.19: Ảnh hưởng của tốc độ khuấy trộn đến hiệu suất tạo biodiesel
H́nh 3.20: Phổ IR của metyleste thu được từ dầu ăn thải
H́nh 3.21: Sắc kí đồ của metyl este thu được từ dầu ăn thải
H́nh 3.22. Phổ khối của pic có thời gian lưu 24,45 phút trong phổ GC và phổ khối chuẩn của metyl stearat trong thư viện phổ
























DANH MỤC CÁC BẢNG


Bảng 1.1: Tiêu chuẩn Châu Âu cho biodiesel
Bảng 1.2: Tiêu chuẩn chất lượng cho Biodiesel B100 theo tiêu chuẩn ASTM 6751
Bảng 1.3: Tiêu chuẩn chất lượng cho biodiesel B20 ASTM 7467
Bảng 1.4: Sản lượng biodiesel và cân bằng kinh tế của EU từ 2005 đến 2011
Bảng 1.5: Lượng biodiesel nhập khẩu của Mỹ qua các năm
Bảng 1.6: So sánh tính chất dầu ăn thỉa và dầu nguyên chất
Bảng 1.7: Một số loại xúc tác đồng thể thường dùng
Bảng 1.8: So sánh xúc tác đồng thể và dị thể dùng cho quá tŕnh tổng hợp biodiesel
Bảng 1.9: Một số loại xúc tác dị thể dùng cho phản ứng trao đổi este
Bảng 1.10:Một số nghiên cứu về phản ứng trao đổi este sử dụng xúc tác Enzym
Bảng 3.1: Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến diện tích bề mặt
Bảng 3.2: Tính chất của dầu ăn thải
Bảng 3.3: Ảnh hưởng của tỷ lệ CaO/SiO[SUB]2[/SUB] đến hoạt tính xúc tác
Bảng 3.4: Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến hoạt tính xúc tác
Bảng 3.5: Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hiệu suất tạo biodiesel
Bảng 3.6: Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác đến hiệu suất thu biodiesel
Bảng 3.7: Ảnh hưởng của tỷ lệ metanol/dờu đờ́n hiệu suất thu biodiesel
Bảng 3.8: Ảnh hưởng của nhợ̀t đụ̣ đờ́n hiệu suất thu biodiesel
Bảng 3.9: Ảnh hưởng của tốc độ khuấy trộn đến hiệu suất tạo biodiesel
Bảng 3.10. Thành phần và tỉ lệ của các axit béo có trong sản phẩm suy ra từ kết quả GC-MS
Bảng 3.11: Chỉ tiêu chất lượng biodiesel thu được từ dầu ăn thải và biodiesel chuẩn





LỜI NÓI ĐẦU


Ngày nay cùng với việc cạn dần của nguồn năng lượng hóa thạch, một vấn đề nóng bỏng mà tất cả chúng ta rất quan tâm đó là hiện tượng ô nhiễm môi trường sinh thái trên toàn cầu, một trong những nguyên nhân chủ yếu là do khí thải của quá tŕnh đốt chỏy nhiên liệu khoáng gây nên. Những khí thải này đă và đang tích tụ trong bầu khí quyển vượt xa tiêu chuẩn cho phép, đe doạ sức khoẻ cộng đồng và môi trường sống.
Chớnh v́ vậy, chúng ta cần phải t́m ra nguồn năng lượng mới để dần thay thế nguồn năng lượng dầu mỏ, lại ớt gơy ụ nhiễm môi trường, có thể tái chế được và đưa chúng vào sản xuất hàng loạt. Hiện nay trên thế giới có rất nhiều nguồn năng lượng có thể tái tạo được như năng lượng mặt trời, năng lượng gió hay năng lượng thuỷ triều đây là những nguồn năng lượng rất sạch nhưng vẫn c̣n gặp khó khăn trong việc khai thác v́ chi phí cao, không thể lưu trữ và sử dụng linh hoạt. Nhiên liệu sinh học, trong đú có biodiezel là giải pháp hiệu quả nhất hiện nay và có thể trong tương lai, để thay thế một phần nguồn dầu mỏ đang bị cạn kiệt.
Biodiezel được sản xuất từ các loại dầu thực vật, mỡ động vật, từ dầu thải. Đây là một nguồn phụ gia rất tốt cho nhiên liệu diezel, làm giảm một cỏch đáng kể lượng khí thải và nó cũng là một nguồn nhiên liệu có thể tái tạo được.
Chính sách năng lượng có tầm chiến lược không những đối với các nước phát triển, mà c̣n cả đối với các nước đang phát triển như Việt Nam chúng ta. Trong những năm qua, nền kinh tế nước ta có những bước phát triển vượt bậc, trong đó ngành giao thông vận tải phát triển rất nhanh. Theo t́nh h́nh chung, th́ Việt Nam chúng ta cũng đang phải chịu sự ảnh hưởng của việc ô nhiễm môi trường và nền kinh tế chịu sự ảnh hưởng lớn của giá dầu thụ trên thế giới. Nhằm giải quyết vấn đề này, ở nhiều quốc gia, việc sử dụng biodiezel đă tăng mạnh trong một vài năm gần đơy. V́ thế, vấn đề cấp thiết hiện nay là chúng ta phải tổng hợp được biodiezel từ nguồn nguyên liệu trong nước để dần thay thế cho nguồn năng lượng dầu mỏ.