Dự thảo Luận án Tiến sĩ Hóa học: Nghiên cứu chế tạo hệ vật liệu γ-Al2O3 mao quản trung bình biến tính bằng Mg, Zn, P để xúc tác cho phản ứng este chéo hóa một số dầu mỡ động thực vật bằng ancol

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI<br /> TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN<br /> <br /> Ngô Minh Đức<br /> <br /> NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO HỆ VẬT LIỆU γ - Al2O3 MAO<br /> QUẢN TRUNG BÌNH BIẾN TÍNH BẰNG Mg, Zn, P ĐỂ<br /> XÚC TÁC CHO PHẢN ỨNG ESTE CHÉO HÓA MỘT<br /> SỐ DẦU MỠ ĐỘNG THỰC VẬT BẰNG ANCOL<br /> <br /> DỰ THẢO LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC<br /> <br /> Hà Nội – 2015<br /> <br /> Công trình được hoàn thành tại: Khoa Hóa - Đại học Khoa<br /> học Tự Nhiên - ĐHQGHN<br /> Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Trần Thị Như Mai và<br /> TS. Nguyễn Bá Trung<br /> Phản biện: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br /> Phản biện: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br /> Phản biện: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br /> <br /> Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng cấp Đại học Quốc<br /> gia chấm luận án tiến sĩ họp tại . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br /> ........<br /> vào hồi<br /> giờ<br /> ngày<br /> tháng<br /> năm 20...<br /> <br /> Có thể tìm hiểu luận án tại:<br /> - Thư viện Quốc gia Việt Nam<br /> - Trung tâm Thông tin - Thư viện, Đại học Quốc gia Hà Nội<br /> <br /> 1. Mở đầu<br /> Nhiệm vụ tìm kiếm nguồn thay thế cho nhiên liệu hóa thạch<br /> đã được đặt ra trong gần nửa thế kỷ qua và ngày càng trở nên cấp<br /> thiết. Trong hoàn cảnh như vậy hy vọng rất nhiều của con người là<br /> trông chờ vào các nguồn năng lượng mới thay thế sạch hơn, thân<br /> thiện môi trường, an toàn hơn và có khả năng tái tạo như: quang<br /> năng, phong năng, thủy năng, địa năng, năng lượng hạt nhân và đặc<br /> biệt năng lượng từ sinh khối là nguồn năng lượng gần với năng lượng<br /> hóa thạch nhất, xớm hiện thực nhất. Tại quyết định số 177/2007/QĐTTg ngày 20/11/2007, Thủ tướng Chính phủ đã ký quyết định phê<br /> duyệt “ Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn<br /> 2025”. Trong đó đưa ra mục tiêu đến năm 2025 sẽ có sản lượng E5<br /> và B5 đủ đáp ứng 5% nhu cầu thị trường trong nước. Hiện nay xăng<br /> sinh học E5 đã hiện thực hóa tuy nhiên việc sản xuất biodiesel chưa<br /> đạt kết quả mong muốn, do việc phát triển vùng nguyên liệu, loại<br /> nguyên liệu cũng như những khó khăn trong nghiên cứu lựa chọn<br /> công nghệ, thiết bị phù hợp. Để đạt mục tiêu đáp ứng đủ 5 % nhiên<br /> liệu sinh học trong nước vào năm 2025, ngay bay giờ phải lựa chọn<br /> công nghệ để sản xuất biodiesel phù hợp với nguồn nguyên liệu sẵn<br /> có.<br /> Hiện nay, công nghệ liên tục, xúc tác dị thể thân thiện môi<br /> trường là xu thế tất yếu hiện nay để phát triển bền vững. Vấn đề lớn<br /> liên quan đến xúc tác dị thể là sự hình thành ba pha giữa xúc tác với<br /> ancol và dầu dẫn tới những giới hạn khuếch tán, do đó làm giảm tốc<br /> độ phản ứng. Phương án để thúc đẩy các quá trình chuyển khối liên<br /> quan tới xúc tác dị thể là phân tán các tâm xúc tác trên chất mang để<br /> có thể tạo ra hệ xúc tác với diện tích bề mặt riêng lớn và nhiều mao<br /> quản hơn, thúc đẩy khả năng thu hút, tập trung chất phản ứng là các<br /> phân tử triglyxerit có kích thước lớn khuếch tán vào trong các mao<br /> quản chứa các tâm xúc tác từ đó tăng tốc độ phản ứng. Đề tài “<br /> Nghiên cứu chế tạo hệ vật liệu γ-Al2O3 mao quản trung bình biến<br /> tính bằng Mg, Zn,P để xúc tác cho phản ứng este hóa chéo một số<br /> dầu mỡ động thực vật bằng ancol” với mục tiêu nghiên cứu chế tạo γAl2O3 trực tiếp hoặc dùng templete để định hướng mao quản. γ-Al2O3<br /> có khả năng phân tán được các cấu tử hoạt tính xúc tác chứa Mg, Zn<br /> ở dạng pha hydrotanxit hoặc spinel, chúng làm thay đổi tính chất<br /> axit, bazơ của xúc tác. Đánh giá tính chất xúc tác cho phản ứng este<br /> hóa chéo triglyxerit bằng metanol, độ bền hoạt tính của hệ xúc tác.<br /> <br /> 1<br /> <br /> 2. Đối tƣợng và nhiệm vụ của luận án<br /> 2.1. Đối tƣợng nghiên cứu<br /> Chế tạo hệ xúc rắn xúc tác tốt cho phản ứng este hóa chéo dầu ăn<br /> thải có chỉ số axit cao, xúc tác có độ bền hoạt tính cao,có khả năng<br /> tái sử dụng nhiều lần<br /> 2.2. Nhiệm vụ của luận án<br /> Tổng hợp hệ xúc tác rắn trên cơ sở tích hợp spinel ZnAl2O4,<br /> La2O3 trên nền γ-Al2O3 để chế tạo hệ xúc tác lưỡng chức, có khả<br /> năng xúc tác tốt cho phản ứng este hóa chéo dầu ăn thải có chỉ số axit<br /> cao, đồng thời hệ xúc tác thu được phải có độ bền hoạt tính cao<br /> Tổng hợp hệ xúc tác rắn chứa tâm xúc tác là tâm bazơ trên cơ sở<br /> tích hợp hydrotanxit trên nền γ-Al2O3 để xúc tác cho phản ứng este<br /> hóa chéo dầu ăn thải<br /> Nghiên cứu tổng hợp một số loại xúc tác spinel, hydrotanxit<br /> riêng biệt để xúc tác cho phản ứng este hóa chéo dầu ăn thải, so sánh<br /> hiệu quả xúc tác của hệ vật liệu tích hợp và hệ vật liệu riêng biệt.<br /> 3. Phƣơng pháp nghiên cứu:<br /> Chế tạo vật liệu bằng phương pháp sol-gel, đặc trưng tính<br /> chất vật lý bằng phương pháp XRD, IR, TG/DTA, BET, TPDNH3,TPD-CO2, EDX, Sản phẩm biođiesel được xác định thành phần<br /> bằng phương pháp GC-MS, đo độ nhớt của sản phẩm.<br /> 4. Đóng góp mới của luận án:<br /> Vật liệu xúc tác lưỡng chức trên cơ sở tích hợp spinel ZnAl2O4<br /> và La2O3 trên nền γ-Al2O3 thu được Sp Al-Zn-(La)/γ-Al2O3. Đánh giá<br /> tính chất axit, bazơ thông qua phương pháp TPDNH3, TPDCO2 cho<br /> thấy vật liệu thu được có đồng thời tâm axit mạnh, tâm bazơ mạnh.<br /> Sp Al-Zn-(La)/γ-Al2O3 này có thể xúc tác tốt cho phản ứng este hóa<br /> chéo dầu ăn thải với chỉ số axit cao, thực hiện phản ứng trong điều<br /> kiện 65 oC, sau thời gian 8 giờ hiệu suất phản ứng đạt 99 %, hệ xúc<br /> tác có thể tái sử dụng 10 lần, vòng phản ứng thứ 10 hiệu suất phản<br /> ứng đạt 97 %.<br /> Tích hợp 12 % Mg-Al hydrotanxit trên nền bề mặt và trong lỗ<br /> của γ-Al2O3 làm thay đổi tính chất mao quản, tính bazơ của xúc tác.<br /> Sự phân tán tương đối đồng đều của hydrotanxit là nguyên nhân mao<br /> quản tương đối tập trung chủ yếu 5-6 nm, TPDCO2 cho thấy có xuất<br /> hiện tâm bazơ mạnh. Xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng, trong điều<br /> kiện phản ứng: nhiệt độ 65 oC, sau thời gian phản ứng 6 giờ thì hiệu<br /> <br /> 2<br /> <br /> suất phản ứng đạt khoảng 98%. Hệ xúc tác có thể tái sử dụng trên 10<br /> lần mà hiệu suất phản ứng chưa thay đổi.<br /> Nghiên cứu sử dụng phụ gia chống oxi hóa HiTec 4777 để<br /> tăng chỉ tiêu ổn định oxi hóa từ 5,6 giờ lên 6,2 giờ, đạt tiêu chuẩn của<br /> B100 theo ASTM<br /> 5. Bố cục của luận án<br /> Mở đầu: 2 trang<br /> Chương 1: Tổng quan 25 trang<br /> Chương 2: Thực nghiệm 10 trang<br /> Chương 3: Kết quả và thảo luận 76<br /> Kết luận 2<br /> Tài liệu tham khảo<br /> Phụ lục<br /> CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN<br /> Tổng quan gồm các vấn đề như; Năng lượng tái tạo và biodiesel,<br /> Sự phát triển các thế hệ xúc tác, Xúc tác trên cơ sở Mg-Al<br /> hydrotanxit, Xúc tác trên cơ sở spinel ZnAl2O4, Giới thiệu một số<br /> công nghệ xúc tác dị thể thương mại cho quá trình tổng hợp biodiesel<br /> đã và đang được sử dụng trên thế giới, Tình hình nghiên cứu và sử<br /> dụng xúc tác dị thể cho quá trình tổng hợp biodiesel hiện nay ở Việt<br /> Nam<br /> CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM<br /> Các quy trình điều chế xúc tác, các phương pháp đặc trưng tính<br /> chất vật lý của xúc tác và, các phương pháp đánh giá hiệu suất phản<br /> ứng, xác định thành phần biodiesel<br /> CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN<br /> Trình bày các kết quả về tổng hợp và đặc trưng tính chất của vật<br /> liệu nền γ-Al2O3, các hệ xúc tác: Sp Al-Zn-(La)/γ-Al2O3, spinel<br /> ZnAl2O4, hydrotanxit khi nung ở 300 oC, hydrotalcite khi nung ở<br /> 450 oC.<br /> Nghiên cứu tổng hợp, đặc trưng tính chất vật lý của các vật liệu<br /> tích hợp hydrotlacite trên nền γ-Al2O3 để thu được các vật liệu<br /> 6HTA, 9HTA, 12HTA, 15HTA, 18HTA tương ứng với 6%, 9%,<br /> 12%, 15%, 18% hydrotalcite được tích hợp trên nền γ-Al2O3.<br /> Các mẫu 6HTA500, 9HTA500, 12HTA500, 15HTA500,<br /> 18HTA500 tương ứng với tích hợp 6%, 9%, 12%, 15%, 18%<br /> <br /> 3<br /> <br />