Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật Hóa học: Nghiên cứu biến tính vỏ trấu thành xúc tác cacbon hóa mao quản trung bình, sử dụng để tổng hợp dầu nhờn sinh học

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:181

Thêm vào BST

Báo xấu

35
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài nhằm chế tạo, đặc trưng xúc tác cacbon hóa MQTB (còn gọi là mesocacbon) từ nguyên liệu vỏ trấu theo phương pháp khuôn mẫu mềm; đánh giá ảnh hưởng của việc tách và không tách Si trong nguyên liệu vỏ trấu đến cấu trúc và hoạt tính của xúc tác meso cacbon vỏ trấu trong quá trình tổng hợp dầu nhờn sinh học; ứng dụng xúc tác meso cacbon vỏ trấu vào quá trình khảo sát sự chuyển hóa dầu thầu dầu thành DNSH gốc dạng este và đánh giá các tính chất của các sản phẩm DNSH gốc thu được.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật Hóa học: Nghiên cứu biến tính vỏ trấu thành xúc tác cacbon hóa mao quản trung bình, sử dụng để tổng hợp dầu nhờn sinh học

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Võ Văn Hùng NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH VỎ TRẤU THÀNH XÚC TÁC CACBON HÓA MAO QUẢN TRUNG BÌNH, SỬ DỤNG ĐỂ TỔNG HỢP DẦU NHỜN SINH HỌC LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC a Hà Nội - 2021
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Võ Văn Hùng NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH VỎ TRẤU THÀNH XÚC TÁC CACBON HÓA MAO QUẢN TRUNG BÌNH, SỬ DỤNG ĐỂ TỔNG HỢP DẦU NHỜN SINH HỌC Ngành: Kỹ thuật hóa học Mã số : 9520301 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. GS.TS Đinh Thị Ngọ 2. TS Nguyễn Anh Vũ b Hà Nội - 2021
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn của GS.TS Đinh Thị Ngọ và TS Nguyễn Anh Vũ. Hầu hết các số liệu, kết quả trong luận án là nội dung từ các bài báo đã và sắp được xuất bản của tôi và các thành viên của tập thể khoa học trong nhóm nghiên cứu của GS. Các số liệu, kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận án là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Hà Nội ngày tháng năm 2021 Nghiên cứu sinh Võ Văn Hùng Tập thể HD GS.TS Đinh Thị Ngọ TS Nguyễn Anh Vũ i
LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến GS.TS Đinh Thị Ngọ và TS Nguyễn Anh Vũ, người đã tận tình hướng dẫn tôi trong quá trình làm luận án tiến sĩ. Các Cô, Thầy chính là người đề ra định hướng nghiên cứu, đồng thời dành nhiều công sức hỗ trợ tôi hoàn thành luận án. Xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô trong nhóm nghiên cứu và Bộ môn Công nghệ Hữu cơ – Hóa dầu, Viện Kỹ thuật Hóa học, Phòng Đào tạo, các đơn vị trong và ngoài trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã tạo điều kiện, giúp đỡ tôi về nhiều mặt trong thời gian thực hiện luận án; Xin bày tỏ lòng biết ơn tới cơ quan của tôi: Công ty Cổ phần Nhiên liệu bay Petrolimex, Tập đoàn Xăng dầu Việt Nam đã tạo điều kiện cho tôi được tham gia khóa học đào tạo TS của trường ĐHBK HN. Xin cám ơn mọi người trong gia đình, bạn bè tôi, sự giúp đỡ tận tâm và tin tưởng của mọi người là động lực rất lớn để tôi hoàn thành luận án. Hà Nội ngày tháng năm 2021 Nghiên cứu sinh Võ Văn Hùng ii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ASTM American Society for Testing and Materials Brunauer–Emmett–Teller (tên một lý thuyết hấp phụ chất khí trên bề mặt BET rắn) BJH Barrett-Joyner-Halenda (tên một phương pháp xác định phân bố mao quản) CTAB Cetyl Trimethylammonium Bromide DNSH Dầu nhờn sinh học NLSH Nhiên liệu sinh học DTAB Dodecyltrimethyl ammonium bromide DTG Differential Thermal Gravimetry (nhiệt khối lượng vi sai) Fourier Transform-Infrared Spectroscopy (phổ hồng ngoại biến đổi FT-IR Fourier) GC-MS Gas Chromatography-Mass Spectroscopy (sắc ký khí – khối phổ) The International Union of Pure and Applied Chemistry (Liên minh Quốc IUPAC tế về Hóa học thuần túy và Hóa học ứng dụng) MQTB Mao quản trung bình Meso Xúc tác cacbon hóa vỏ trấu dạng MQTB cacbon MRC Xúc tác meso cacbon điều chế từ vỏ trấu chưa tách Si MRC- Xúc tác meso cacbon điều chế từ vỏ trấu đã tách Si deSi MS Mass Spectroscopy (khối phổ) SEM Scanning Electron Microscopy (hiển vi điện tử quét) TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TEM Transmission Electron Spectroscopy (hiển vi điện tử truyền qua) TEOS Tetraethyl Orthosilicate Thermal Gravimetry-Differential Thermal Analysis (phân tích nhiệt trọng TG-DTA lượng – nhiệt vi sai) Thermal Gravimetry-Differential Scanning Calorimetry (phân tích nhiệt TG-DSC trọng lượng – nhiệt quét vi sai) TPD- Temperature Programmed Desorption of Ammonia (giải hấp phụ NH3 theo NH3 chương trình nhiệt độ) XRD X-Ray Diffraction (nhiễu xạ tia X) XPS X-Ray Photoelectron Spectroscopy (phổ quang điện tử tia X) iii
MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................................. i LỜI CẢM ƠN .......................................................................................................................ii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ................................................................................. iii MỤC LỤC ........................................................................................................................... iv DANH MỤC CÁC BẢNG .................................................................................................vii DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ, HÌNH VẼ .......................................................................... viii A. GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI ............................................................................................... 1 B. NỘI DUNG LUẬN ÁN ................................................................................................... 5 Chương 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT ............................................................................. 5 1.1. TỔNG QUAN VỀ DẦU NHỜN VÀ CÔNG DỤNG CỦA DẦU NHỜN ................... 5 1.1.1. Thành phần của dầu nhờn ........................................................................................... 5 1.1.2. Công dụng của dầu nhờn ............................................................................................ 7 1.2. TỔNG QUAN VỀ DẦU NHỜN SINH HỌC ............................................................... 9 1.2.1. Khái niệm, ưu nhược điểm và ứng dụng của DNSH.................................................. 9 1.2.2. Nguyên liệu cho quá trình tổng hợp DNSH ............................................................. 11 1.2.3. Giới thiệu về dầu thầu dầu - nguyên liệu để tổng hợp DNSH ................................. 15 1.2.4. Phương pháp chung để chuyển hóa dầu thực vật thành DNSH ............................... 19 1.2.5. Tình hình nghiên cứu DNSH trên thế giới và tại Việt Nam ..................................... 24 1.3. TỔNG QUAN VỀ XÚC TÁC CHO QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP DNSH ................... 26 1.3.1. Xúc tác axit lỏng ....................................................................................................... 26 1.3.2. Xúc tác bazơ lỏng ..................................................................................................... 26 1.3.3. Xúc tác rắn ................................................................................................................ 27 1.3.4. Giới thiệu về xúc tác cacbon hóa dạng MQTB từ vỏ trấu (meso cacbon vỏ trấu) ... 28 1.3.5. Các phương pháp chế tạo xúc tác cacbon hóa MQTB ............................................. 31 1.3.6. Tình hình nghiên cứu xúc tác cacbon hóa MQTB trên thế giới và Việt Nam ......... 35 ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN ............................................................ 38 Chương 2. THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................... 39 2.1. HÓA CHẤT VÀ NGUYÊN LIỆU SỬ DỤNG TRONG LUẬN ÁN ......................... 39 2.2. CHẾ TẠO XÚC TÁC MESO CACBON VỎ TRẤU ................................................. 39 2.2.1. Nhiệt phân vỏ trấu tạo biochar ................................................................................. 39 2.2.2. Tách Si từ biochar..................................................................................................... 39 2.2.3. Chế tạo biochar sunfo hóa (biochar-S) ..................................................................... 39 2.2.4. Chế tạo xúc tác meso cacbon vỏ trấu từ biochar-S không tách Si ........................... 40 2.2.5. Chế tạo xúc tác meso cacbon vỏ trấu từ biochar-S đã tách Si.................................. 40 2.3. ĐÁNH GIÁ ĐỘ BỀN NHIỆT CỦA XÚC TÁC MRC VÀ MRC-deSi...................... 40 2.4. ĐÁNH GIÁ ĐỘ BỀN THỦY NHIỆT CỦA XÚC TÁC MRC VÀ MRC-deSi ......... 41 2.5. TẠO HẠT CHO XÚC TÁC MRC VÀ MRC-deSi ..................................................... 41 2.6. TỔNG HỢP DNSH TỪ DẦU THẦU DẦU TRÊN XÚC TÁC MRC VÀ MRC-deSi ............................................................................................................................................ 42 iv
2.6.1. Xác định một số chỉ tiêu cơ bản của dầu dầu thầu ................................................... 42 2.6.2. Quá trình tổng hợp DNSH từ dầu thầu dầu .............................................................. 42 2.6.3. Các thông số khảo sát trong quá trình tổng hợp DNSH từ dầu thầu dầu ................. 43 2.6.4. Tính hiệu suất tạo DNSH gốc dạng este ................................................................... 44 2.6.5. Tái sử dụng xúc tác MRC và MRC-deSi.................................................................. 45 2.7. CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH HÓA LÝ ĐỂ ĐẶC TRƯNG XÚC TÁC ........ 46 2.7.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) ......................................................................... 46 2.7.2. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) ................................................................. 46 2.7.3. Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM) ...................................................... 47 2.7.4. Phương pháp phổ hồng ngoại (FT-IR) ..................................................................... 48 2.7.5. Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ - nhả hấp phụ N2 (BET) ...................................... 49 2.7.6. Phương pháp giải hấp NH3 theo chương trình nhiệt độ (TPD-NH3)........................ 50 2.7.7. Phương pháp phân tích nhiệt khối lượng – nhiệt lượng quét kết hợp đầu dò khối phổ (TGA-DSC-MS) .......................................................................................................... 51 2.7.8. Phương pháp phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX) .................................................. 51 2.7.9. Phương pháp phổ quang điện tử tia X (XPS) ........................................................... 52 2.7.10. Xác định một số tính chất cơ lý của xúc tác ........................................................... 52 2.8. CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH TÍNH CHẤT CỦA NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM ................................................................................................................................. 52 2.8.1. Xác định tỷ trọng (ASTM D 1298) .......................................................................... 52 2.8.2. Xác định điểm đông đặc (ASTM D 97) ................................................................... 53 2.8.3. Xác định độ nhớt động học (ASTM D445) .............................................................. 53 2.8.4. Xác định chỉ số axit (ASTM D 664) ........................................................................ 54 2.8.5. Xác định chỉ số xà phòng (ASTM D 464)................................................................ 54 2.8.6. Xác định chỉ số iot (D 5768) .................................................................................... 55 2.8.7. Xác định hàm lượng nước (ASTM D95) ................................................................. 56 2.8.8. Xác định hàm lượng các tạp chất cơ học (EN 12662).............................................. 56 2.8.9. Xác định chỉ số độ nhớt (D 2270) ............................................................................ 57 2.8.10. Xác định điểm chớp cháy cốc hở (D 92) ................................................................ 57 2.8.11. Xác định đặc tính tạo bọt (D 892) .......................................................................... 58 2.8.12. Xác định độ kiềm tổng (D 2896) ............................................................................ 58 2.8.13. Xác định tổng hàm lượng Ba, Ca, Mg, Zn (D 4628).............................................. 58 2.8.14. Xác định thành phần gốc axit béo của dầu thầu dầu .............................................. 58 Chương 3. KẾT QUẢ THẢO LUẬN ................................................................................ 60 3.1. TÍNH CHẤT CỦA NGUYÊN LIỆU VÀ TIỀN CHẤT ĐỂ CHẾ TẠO XÚC TÁC MESO CACBON VỎ TRẤU ............................................................................................. 60 3.1.1. Tính chất của vỏ trấu ................................................................................................ 60 3.1.2. Tính chất của biochar và biochar sunfo hóa từ vỏ trấu ............................................ 61 3.2. CHẾ TẠO XÚC TÁC MESO CACBON VỎ TRẤU TỪ TIỀN CHẤT BIOCHAR-S KHÔNG TÁCH SILICA .................................................................................................... 66 3.2.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ ngưng tụ đến cấu trúc xúc tác meso cacbon vỏ trấu ......... 66 v
3.2.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ khối lượng chất tạo cấu trúc CTAB/biochar-S đến cấu trúc xúc tác meso cacbon vỏ trấu ..................................................................................................... 68 3.2.3. Giản đồ XRD góc rộng của các xúc tác meso cacbon vỏ trấu tại các tỷ lệ CTAB/biochar-S khác nhau ............................................................................................... 69 3.2.4. Hình thái học của xúc tác meso cacbon vỏ trấu ....................................................... 71 3.2.5. Đặc trưng các nhóm chức có trong xúc tác thông qua phổ FT-IR ........................... 72 3.3. CHẾ TẠO XÚC TÁC MESO CACBON VỎ TRẤU TỪ TIỀN CHẤT BIOCHAR-S ĐÃ TÁCH SILICA ............................................................................................................. 73 3.3.1. Giản đồ XRD ............................................................................................................ 73 3.3.2. Phổ FT-IR ................................................................................................................. 76 3.3.3. Cấu trúc xốp và phân bố mao quản .......................................................................... 77 3.3.4. Lực axit theo TPD-NH3 ............................................................................................ 80 3.3.5. Độ bền nhiệt và độ bền thủy nhiệt ............................................................................ 82 3.3.6. Phân tích môi trường liên kết quanh các nguyên tố trong các xúc tác theo phổ XPS ............................................................................................................................................ 89 3.4. NGHIÊN CỨU TẠO HẠT CHO XÚC TÁC .............................................................. 94 3.5. KẾT QUẢ KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP DẦU NHỜN SINH HỌC ........ 96 3.5.1. Một số tính chất của dầu thầu dầu ............................................................................ 98 3.5.2. Kết quả khảo sát quá trình tổng hợp DNSH gốc dạng este .................................... 100 3.5.3. Một số tính chất của DNSH gốc este đã tổng hợp ................................................. 108 3.5.4. Dầu nhờn sinh học gốc dạng polyol ....................................................................... 110 3.5.5. Khả năng tái sử dụng của xúc tác MRC và MRC-deSi .......................................... 114 KẾT LUẬN ...................................................................................................................... 116 NHỮNG ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN ÁN ........................................................................... 118 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ........................... 119 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................ 120 PHỤ LỤC ............................................................................................................................. 1 vi
DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Các loại phụ gia thường sử dụng ......................................................................... 6 Bảng 1.2. Một số nghiên cứu về dầu thực vật làm nguyên liệu sản xuất DNSH ............... 11 Bảng 1.3. Thành phần của dầu thầu dầu ............................................................................. 16 Bảng 1.4. Đặc tính vật lý, hóa học tiêu biểu của dầu thầu dầu .......................................... 17 Bảng 1.5. Tóm tắt những biến đổi hóa học có thể có của dầu thầu dầu, phụ thuộc vào các nhóm chức năng phản ứng.................................................................................................. 18 Bảng 1.6. Hiệu suất của TMP (trimetylol propan) este dựa trên loại xúc tác sử dụng ...... 26 Bảng 1.7. Đặc tính của dầu jatropha (JCO) và TMP este .................................................. 26 Bảng 1.8. Đặc trưng thành phần hoá học của nguyên liệu trấu .......................................... 30 Bảng 2.1. Một số tính chất hóa lý đặc trưng của dầu thầu dầu .......................................... 42 Bảng 3.1. Một số tính chất của xúc tác MRC và MRC-deSi trước khi tạo hạt .................. 94 Bảng 3.2. Một số tính chất của xúc tác MRC và MRC-deSi sau khi tạo hạt ..................... 95 Bảng 3.3. Một số tính chất hóa lý đặc trưng của dầu thầu dầu .......................................... 98 Bảng 3.4. Thành phần axit béo trong metyl este từ dầu thầu dầu theo GC – MS ............ 100 Bảng 3.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình tổng hợp DNSH.................................. 101 Bảng 3.6. Ảnh hưởng của thời giản phản ứng đến quá trình tổng hợp DNSH ................ 102 Bảng 3.7. Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác đến hiệu suất tổng hợp DNSH ................. 103 Bảng 3.8. Ảnh hưởng của tỷ lệ mol anhydrit axetic/dầu đến hiệu suất tổng hợp DNSH 104 Bảng 3.9. Ảnh hưởng của tỷ lệ mol H2O2/dầu đến hiệu suất tổng hợp DNSH ................ 105 Bảng 3.10. Ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến hiệu suất tổng hợp DNSH ........................ 107 Bảng 3.11. Tổng hợp các thông số công nghệ của quá trình tổng hợp DNSH gốc este từ dầu thầu dầu trên xúc tác MRC và MRC-deSi ................................................................. 108 Bảng 3.12. Tổng hợp kết quả phổ FT-IR của dầu thầu dầu và DNSH gốc dạng este ...... 109 Bảng 3.13. Một số chỉ tiêu hóa lý của DNSH gốc dạng este từ dầu thầu dầu.................. 110 Bảng 3.14. Một số pic tiêu biểu trong các phổ FT-IR của dầu thầu dầu ban đầu, ở trạng thái trung gian và của DNSH gốc dạng polyol ................................................................. 112 Bảng 3.15. Một số chỉ tiêu hóa lý của DNSH gốc dạng polyol từ dầu thầu dầu ............. 113 vii
DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ, HÌNH VẼ Hình 1.1. Yêu cầu bôi trơn cho một loại xe tải nâng............................................................ 9 Hình 1.2. Sản lượng hàng năm của dầu thầu dầu ............................................................... 15 Hình 1.3. Cây, quả, hạt và dầu thầu dầu ............................................................................. 16 Hình 1.4. Các phản ứng chính trong quá trình oxy hóa liên kết đôi trong mạch cacbon của gốc axit béo ......................................................................................................................... 20 Hình 1.5. Phản ứng epoxit hóa trong quy trình Prileshajev ............................................... 21 Hình 1.6. Phản ứng mở vòng oxiran tạo ra các nhóm chức mới ........................................ 22 Hình 1.7. Sơ đồ mô tả quá trình tổng hợp DNSH dạng este từ axit oleic .......................... 23 Hình 1.8. Các dạng cấu trúc của xúc tác MQTB ................................................................ 28 Hình 1.9. Cơ chế tạo khung cấu trúc tinh thể lỏng ............................................................. 31 Hình 1.10. Phương pháp khuôn mẫu cứng tạo MQTB ...................................................... 32 Hình 1.11. So sánh phương pháp khuôn mẫu mềm và khuôn mẫu cứng để tổng hợp vật liệu MQTB .......................................................................................................................... 33 Hình 1.12. Mô tả sự hình thành cấu trúc xúc tác meso cacbon .......................................... 35 Hình 2.1. Đồ thị biểu diễn sự biến thiên của P/V(Po-P) theo P/P0 ..................................... 50 Hình 3.1. Phổ EDX của vỏ trấu .......................................................................................... 61 Hình 3.2. Giản đồ XRD của biochar và biochar-S trước khi tách silica ............................ 62 Hình 3.3. Phổ FT-IR biochar không tách silica .................................................................. 63 Hình 3.4. Phổ FT-IR biochar-S không tách silica .............................................................. 63 Hình 3.5. Giản đồ XRD của biochar và biochar-S sau khi tách silica ............................... 64 Hình 3.6. Phổ FT-IR của biochar đã tách silica ................................................................. 65 Hình 3.7. Phổ FT-IR của biochar-S đã tách silica .............................................................. 65 Hình 3.8. Giản đồ XRD góc hẹp của các xúc tác meso cacbon vỏ trấu điều chế tại các nhiệt độ ngưng tụ khác nhau .............................................................................................. 67 Hình 3.9. Giản đồ XRD góc hẹp của các xúc tác meso cacbon vỏ trấu điều chế tại các tỷ lệ CTAB/biochar-S khác nhau............................................................................................ 69 Hình 3.10. Giản đồ XRD góc rộng của các xúc tác meso cacbon vỏ trấu điều chế ở các tỷ lệ CTAB/biochar-S khác nhau............................................................................................ 70 Hình 3.11. Ảnh SEM của xúc tác meso cacbon vỏ trấu ..................................................... 71 Hình 3.12. Ảnh TEM của xúc tác meso cacbon vỏ trấu ..................................................... 71 Hình 3.13. Phổ FT-IR của xúc tác meso cacbon vỏ trấu .................................................... 72 Hình 3.14. Giản đồ XRD góc hẹp của xúc tác MRC và MRC-deSi .................................. 74 Hình 3.15. Giản đồ XRD góc rộng của xúc tác MRC và MRC-deSi................................. 75 Hình 3.16. Phổ FT-IR của xúc tác MRC và MRC-deSi ..................................................... 76 Hình 3.17. Phân bố kích thước mao quản của MRC theo bề mặt riêng ............................. 77 Hình 3.18. Phân bố kích thước mao quản của MRC theo thể tích riêng ............................ 78 Hình 3.19. Phân bố kích thước mao quản của MRC-deSi theo bề mặt riêng .................... 79 Hình 3.20. Phân bố kích thước mao quản của MRC-deSi theo thể tích riêng ................... 79 Hình 3.21. Giản đồ TPD-NH3 của xúc tác MRC ............................................................... 80 Hình 3.22. Giản đồ TPD-NH3 của xúc tác MRC-deSi ....................................................... 81 viii
Hình 3.23. Giản đồ TG-DSC của xúc tác MRC ................................................................. 82 Hình 3.24. Tín hiệu của H2O, CO và CO2 khi xử lý nhiệt xúc tác MRC ........................... 83 Hình 3.26. Tín hiệu của SO2 và SO3 khi xử lý nhiệt xúc tác MRC .................................... 84 Hình 3.27. Giản đồ TG-DSC của xúc tác MRC-deSi ........................................................ 85 Hình 3.28. Tín hiệu của H2O và CO khi xử lý nhiệt xúc tác MRC-deSi ........................... 86 Hình 3.29. Tín hiệu của NO, NO2 và CO2 khi xử lý nhiệt xúc tác MRC-deSi .................. 86 Hình 3.30. Tín hiệu của SO2 và SO3 khi xử lý nhiệt xúc tác MRC-deSi ........................... 87 Hình 3.32. Giản đồ XRD góc hẹp của xúc tác MRC-deSi sau xử lý thủy nhiệt ở các nhiệt độ khác nhau ....................................................................................................................... 88 Hình 3.33. Phổ XPS toàn phần của xúc tác MRC .............................................................. 89 Hình 3.34. Phổ XPS phần tín hiệu C của xúc tác MRC ..................................................... 90 Hình 3.35. Phổ XPS phần tín hiệu O của xúc tác MRC ..................................................... 90 Hình 3.36. Phổ XPS phần tín hiệu Si của xúc tác MRC .................................................... 91 Hình 3.37. Phổ XPS phần tín hiệu S của xúc tác MRC ..................................................... 91 Hình 3.38. Phổ XPS toàn phần của xúc tác MRC-deSi ..................................................... 92 Hình 3.39. Phổ XPS phần tín hiệu O của xúc tác MRC-deSi ............................................ 92 Hình 3.40. Phổ XPS phần tín hiệu C của xúc tác MRC-deSi............................................. 93 Hình 3.41. Phổ XPS phần tín hiệu S của xúc tác MRC-deSi ............................................. 93 Hình 3.42. Giản đồ XRD góc hẹp của xúc tác MRC và MRC-deSi sau tạo hạt ................ 96 Hình 3.43. Giản đồ GC của metyl este từ dầu thầu dầu ..................................................... 99 Hình 3.44. Phổ MS của metyl ricinoleat có trong các metyl este của dầu thầu dầu, so sánh với phổ MS chuẩn của metyl ricinoleat trong thư viện phổ ............................................... 99 Hình 3.45. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất tổng hợp DNSH ................................ 101 Hình 3.46. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hiệu suất tổng hợp DNSH ............... 102 Hình 3.47. Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác đến hiệu suất tổng hợp DNSH ............... 103 Hình 3.48. Ảnh hưởng của tỷ lệ mol anhydrit axetic/dầu đến hiệu suất tổng hợp DNSH .......................................................................................................................................... 105 Hình 3.49. Ảnh hưởng của tỷ lệ mol H2O2/dầu đến hiệu suất tổng hợp DNSH .............. 106 Hình 3.50. Ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến hiệu suất tổng hợp DNSH ........................ 107 Hình 3.51. Phổ FT-IR của dầu thầu dầu ........................................................................... 108 Hình 3.52. Phổ FT-IR của DNSH gốc este ...................................................................... 109 Hình 3.53. Phổ FT-IR của dầu thầu dầu ở trạng thái trung gian trong phản ứng tổng hợp DNSH dạng polyol ........................................................................................................... 111 Hình 3.54. Phổ FT-IR của DNSH gốc dạng polyol.......................................................... 111 Hình 3.55. Khả năng tái sử dụng của xúc tác MRC và MRC-deSi .................................. 114 ix
A. GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI 1. Lý do chọn đề tài Nhiên liệu sinh học (NLSH) được coi là có khả năng thay thế dần nhiên liệu hóa thạch, giúp giảm áp lực khai thác dầu khí, hạn chế ô nhiễm môi trường. Một số loại NLSH điển hình đã, đang và sẽ tiếp tục được nghiên cứu là biodiesel, biokerosen, hydrocacbon xanh... Bên cạnh nhiên liệu, một sản phẩm dầu mỏ khác có năng suất tiêu thụ cũng rất lớn là dầu nhờn, gần như vẫn dựa trên nguồn cung cấp duy nhất là dầu khoáng. Tuy nhiên, trong lương lai, khi xu thế sử dụng các sản phẩm sạch, thân thiện môi trường tăng mạnh, dầu nhờn chế tạo từ những nguồn nguyên liệu tái tạo, gốc sinh học sẽ là một hướng đi bắt buộc. Dầu nhờn sinh học (DNSH), trong dạng phổ biến nhất của nó, là sản phẩm thu được từ các quá trình quá trình oxi hóa chọn lọc liên kết bội trong mạch cacbon của dầu thực vật tạo ra các epoxit, sau đó biến tính các epoxit này thành các ancol hoặc este mới. Loại dầu nhờn này có nhiều tính chất tương đồng với dầu nhờn khoáng, nhưng lại “xanh” hơn, có khả năng phân hủy sinh học tốt hơn, không gây ô nhiễm môi trường. Có thể chế tạo DNSH gốc trên từ một số loại dầu, mỡ động thực vật đặc thù, trên xúc tác có tính axit. Tuy nhiên, các xúc tác axit đồng thể và dị thể thông thường hoặc có hoạt tính cao nhưng gây ăn mòn, không tái sử dụng được, hoặc có thể không gây ăn mòn, tái sử dụng, nhưng hoạt tính thấp. Xúc tác cacbon hóa các vật liệu gốc cacbohydrat ra đời chính là một hướng đi hiệu quả trong việc giải quyết hai yêu cầu quyết định đối với hoạt tính xúc tác axit rắn dị thể: Có độ axit cao và hoạt hóa tại nhiệt độ thấp. Trên thực tế, loại xúc tác này tỏ ra hiệu quả đối với các phản ứng este hóa các axit béo tự do. Tuy nhiên, đối với các triglyxerit hoặc các phân tử cồng kềnh hơn, do bề mặt riêng thấp, không có cấu trúc mao quản đặc thù, xúc tác cacbon hóa tỏ ra kém hiệu quả hơn. Xuất phát từ thách thức đó, ý tưởng của nghiên cứu trong luận án là biến tính xúc tác cacbon hóa thông thường thành xúc tác cacbon hóa dạng mao quản trung bình (MQTB) với bề mặt riêng cao và đường kính mao quản tập trung, đủ rộng để các phân tử dầu, mỡ động thực vật khuếch tán tốt đến các tâm hoạt tính axit. Với nguyên liệu sử dụng là vỏ trấu, một phụ phẩm nông nghiệp có sản lượng rất lớn tại Việt Nam, việc chế tạo thành công xúc tác đóng góp ý nghĩa lớn cả về mặt học thuật và thực tiễn. Xúc tác cacbon hóa MQTB điều chế từ vỏ trấu được ứng dụng cho quá trình tổng hợp DNSH gốc từ dầu thầu dầu, một loại dầu bán khô có hàm lượng gốc axit béo không no rất cao, có độ nhớt lớn, đảm bảo thuận lợi cho quá trình biến tính và không sử dụng trong thực phẩm. 1
2. Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu Mục tiêu: +) Chế tạo, đặc trưng xúc tác cacbon hóa MQTB (còn gọi là mesocacbon) từ nguyên liệu vỏ trấu theo phương pháp khuôn mẫu mềm. Xúc tác có lực axit mạnh, bền vững, có bề mặt riêng cao và có các mao quản phân bố tập trung trong vùng kích thước thích hợp. +) Đánh giá ảnh hưởng của việc tách và không tách Si trong nguyên liệu vỏ trấu đến cấu trúc và hoạt tính của xúc tác mesocacbon vỏ trấu trong quá trình tổng hợp DNSH. +) Ứng dụng xúc tác mesocacbon vỏ trấu vào quá trình khảo sát sự chuyển hóa dầu thầu dầu thành DNSH gốc dạng este và đánh giá các tính chất của các sản phẩm DNSH gốc thu được. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: +) Nguyên liệu chế tạo xúc tác là vỏ trấu. +) Nguyên liệu để tổng hợp DNSH là dầu thầu dầu. +) Chế tạo xúc tác, đặc trưng xúc tác và ứng dụng xúc tác trong quá trình tổng hợp DNSH từ dầu thầu dầu. +) Phạm vi nghiên cứu của luận án bao gồm các giai đoạn: nghiên cứu, khảo sát quá trình chế tạo xúc tác; nghiên cứu, khảo sát quá trình tổng hợp DNSH; đánh giá chất lượng sản phẩm thu được. 3. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu là lý thuyết kết hợp với thực nghiệm trên cơ sở chế tạo, tổng hợp, đánh giá phân tích và xử lý các kết quả thực nghiệm. Luận án có sử dụng các phương pháp phân tích hóa lý hiện đại, đáng tin cậy, bao gồm: Nhiễu xạ tia X (XRD); Hiển vi điện tử quét (SEM); Hiển vi điện tử truyền qua (TEM); Hấp phụ - giải hấp nitơ (BET); Phân tích nhiệt – Nhiệt lượng quét vi sai – Khối phổ (TG-DSC-MS); Giải hấp amoniac theo chương trình nhiệt độ (TPD-NH3); Phổ hồng ngoại (FT-IR); Phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX); Phổ quang điện tử tia X (XPS); Sắc ký khí – Khối phổ (GC- MS)... 4. Các đóng góp mới của luận án 1. Chế tạo thành công các xúc tác mesocacbon vỏ trấu (loại không tách silic-MRC và loại tách silic-MRC deSi) theo phương pháp ngưng tụ - bay hơi dung môi, sử dụng chất tạo cấu trúc mềm là CTAB, đi từ tiền chất biochar-S. Các xúc tác có cấu trúc MQTB trật tự với bề mặt riêng cao (349 và 374 m2/g); mao quản khá tập trung và có kích thước 2
phù hợp (36 Å và 42 Å) với kích thước động học của các triglyxerit trong dầu thầu dầu; có lực axit rất mạnh (do có nhóm –SO3H) và bền; có độ bền nhiệt và bền thủy nhiệt cao. 2. Sử dụng phương pháp phân tích hiện đại là phổ XPS để đặc trưng môi trường liên kết bao quanh các nguyên tố có trong xúc tác MRC và MRC-deSi. Kết quả phân tích chứng minh cho cấu trúc đa vòng thơm ngưng tụ (tạo cấu trúc composit với silica) đã tạo nên tường thành mao quản của xúc tác MRC-deSi, MRC; đồng thời chứng minh nhóm liên kết Caromatic-SO3H chính là tâm hoạt tính của các xúc tác. 3. Sử dụng phương pháp TG-DSC-MS để phân tích độ bền nhiệt của các xúc tác. Phương pháp này có điểm mới là sử dụng Phổ khối lượng (MS) như một detector để phân tích các khí hình thành trong quá trình phân tích nhiệt. Sự kết hợp của TG-DSC và MS giúp khẳng định chính xác hơn các quá trình xảy ra khi xử lý nung xúc tác. 4. Tổng hợp DNSH gốc dạng este và dạng polyol trên xúc tác mesocacbon vỏ trấu trong quá trình một giai đoạn, trong đó xảy ra tất cả các phản ứng epoxy hóa các liên kết C=C trong triglyxerit hình thành các epoxit, thủy phân các epoxit tạo ra DNSH gốc dạng polyol và este hóa các polyol để tạo thành sản phẩm cuối cùng là DNSH gốc dạng este. Kết quả cho thấy hiệu suất thu DNSH khá cao, minh chứng cho hoạt tính và độ ổn định tốt của các xúc tác đã chế tạo. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án 5.1. Ý nghĩa khoa học Chế tạo, đặc trưng xúc tác mesocacbon có hệ thống MQTB trật tự trong điều kiện êm dịu, sử dụng chất tạo cấu trúc mềm. Xúc tác chế tạo được có lực axit mạnh, độ ổn định tốt, bề mặt riêng cao và có độ chọn lọc hình dáng cao với các phân tử triglyxerit trong dầu thầu dầu. So sánh cấu trúc và hoạt tính của xúc tác trong điều kiện xử lý nguyên liệu vỏ trấu khác nhau. Xác định được bản chất tâm hoạt tính của xúc tác mesocacbon vỏ trấu. 5.2. Ý nghĩa thực tiễn Sản xuất và sử dụng DNSH là nhu cầu tất yếu trong tương lai. Việc phát triển phạm vi ứng dụng của DNSH hiện nay sẽ tập trung vào ba mục tiêu chính: lựa chọn nguyên liệu, cải tiến phương pháp tổng hợp và chế tạo xúc tác tiên tiến cho phản ứng tổng hợp. Xúc tác cacbon được chế tạo từ nguyên liệu chứa cacbohydrat là vỏ trấu - là loại nguyên liệu có thể tái tạo. 3
Dầu thầu dầu được đánh giá là một trong những nguyên liệu quan trọng nhất, dễ ứng dụng nhất để tổng hợp DNSH gốc. 6. Bố cục của luận án Luận án gồm 119 trang (không kể phần phụ lục, mục lục, danh mục bảng biểu, hình vẽ và tài liệu tham khảo) được chia thành các chương như sau: Chương I: Giới thiệu luận án và Tổng quan lý thuyết. Chương II: Thực nghiệm và các phương pháp nghiên cứu. Chương III: Kết quả và thảo luận. Kết luận và Những điểm mới của luận án. Danh mục công bố của tác giả. Có 68 hình ảnh và đồ thị, 24 bảng và 100 tài liệu tham khảo. 4
B. NỘI DUNG LUẬN ÁN Chương 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1. TỔNG QUAN VỀ DẦU NHỜN VÀ CÔNG DỤNG CỦA DẦU NHỜN 1.1.1. Thành phần của dầu nhờn Dầu nhờn là một hỗn hợp được pha chế bằng cách trộn phụ gia và dầu gốc với tỷ lệ nhất định, tùy vào yêu cầu của sản phẩm mà có thể sử dụng các loại phụ gia khác nhau và có tỉ lệ pha chế khác nhau. Trong đó, dầu gốc chiếm khoảng 95-99% khối lượng, phụ gia chiếm khoảng 0,01-5% khối lượng, cá biệt có loại dầu có hàm lượng phụ gia lên tới 10% [1]. 1.1.1.1. Dầu gốc (base oils) Theo định nghĩa của Viện Dầu mỏ Hoa Kỳ (API), dầu gốc dùng pha chế dầu nhờn bôi trơn được phân thành 5 nhóm như sau [1-3]: - Dầu gốc nhóm I: Theo API phân loại thì dầu gốc nhóm I là dầu gốc có hàm lượng lưu huỳnh > 0,03%, hàm lượng hydrocacbon bão hòa 90%, chỉ số độ nhớt 80-119. Được sản xuất bằng quá trình xử lý dung môi và có thêm xử lý bằng hydro. - Dầu gốc nhóm III: Là loại dầu gốc có hàm lượng lưu huỳnh 90%, chỉ số độ nhớt >120. Được sản xuất bằng cách xử lý bằng dung môi và có thêm xử lý bằng phường pháp hydrocracking. - Dầu góc nhóm IV hay dầu gốc PAO (polyalphaolefin): Là dầu gốc tổng hợp hoàn toàn, có tính chất rất cao cấp như: chỉ số độ nhớt rất cao (145), không có lưu huỳnh hay aromatic. - Dầu gốc nhóm V: Là các loại khác loại trên nhưng được tổng hợp như: este, di- este, poly buten poly alpha glycol…có tính chất cao cấp như: chỉ số độ nhớt rất cao, bền nhiệt. Thành phần hóa học của dầu gốc: Dầu gốc được sử dụng pha chế dầu bôi trơn thích hợp chủ yếu thu được từ quá trình chưng cất chân không sản phẩm đáy của tháp chưng cất khí quyển. Dầu gốc thường chứa các loại hydrocacbon sau đây: Parafin mạch thẳng và mạch nhánh, hydrocacbon no đơn và đa vòng (naphten) có cấu trúc vòng xyclohexan gắn với mạch nhánh parafin, hydrocacbon thơm đơn vòng và đa vòng chủ yếu 5
chứa các mạch nhánh alkyl, các hợp chất chứa vòng naphten, vòng thơm và mạch nhánh alkyl trong cùng một phân tử, các hợp chất hữu có chứa các dị nguyên tố, chủ yếu là các hợp chất chứa lưu huỳnh, oxi và nitơ. Việc lựa chọn dầu gốc để pha chế dầu bôi trơn phụ thuộc vào độ nhớt, mức độ tinh chế, độ ổn định nhiệt và khả năng tương hợp với các chất khác nhau (chất phụ gia) hoặc vật liệu mà dầu bôi trơn sẽ tiếp xúc trong quá trình sử dụng [4]. 1.1.1.2. Phụ gia (additives) Phụ gia là những hợp chất hữu cơ, cơ kim và vô cơ, thậm chí là các nguyên tố được thêm vào các chất bôi trơn để nâng cao các tính chất riêng biệt cho sản phẩm cuối cùng. Thường mỗi loại phụ gia được dùng ở nồng độ từ 0,01-5% khối lượng. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp một phụ gia có thể được đưa vào ở khoảng nồng độ dao động từ vài phần triệu đến 10% khối lượng [5]. Phụ gia phải đáp ứng các yêu cầu sau: phải hòa tan trong dầu gốc, có tính tương hợp, không hoặc ít hòa tan trong nước, không ảnh hưởng đến tốc độ nhũ hóa của dầu, không bị phân hủy bởi nước và kim loại, không bị bốc hơi ở điều kiện làm việc của hệ thống dầu nhờn, không làm tăng tính hút ẩm của dầu nhờn, hoạt tính có thể kiểm tra được, không độc, rẻ tiền, dễ kiếm (Bảng 1.1). Bảng 1.1 Các loại phụ gia thường sử dụng Loại phụ gia Chức năng Phụ gia tăng Cải thiện chỉ số độ nhớt của dầu nhờn khi làm việc ở nhiệt độ cao chỉ số độ nhớt Làm chậm quá trình oxy hóa trong dầu (tăng độ bền oxy hóa) bằng cách Phụ gia chống thụ động hóa bề mặt kim loại, ức chế tạo gốc tự do và phân hủy các oxy hóa hydroperoxit Ngăn cản, loại trừ các cặn không tan trong dầu, cặn sạn, cacbon và các Phụ gia tẩy rửa hợp chất chì trên các bộ phận của động cơ. Phụ gia phân Ngăn ngừa, làm chậm quá trình tạo cặn và lắng đọng trong điều kiện tán hoạt động ở nhiệt độ thấp. Phụ gia chống Giảm thiểu việc tạo thành các peoxit hữu cơ, axit và các thành phần oxy ăn mòn hóa khác làm xuống cấp dầu nhờn. Phụ gia chống Ngăn cản sự tiếp xúc giữa nước với bề mặt kim loại, tránh tạo thành gỉ Fe(OH)2 là tác nhân làm cho các chi tiết máy bị han gỉ. Phụ gia chống Bám dính trên bề mặt kim loại nhằm giảm bớt sự cọ xát, tỏa nhiệt trong mài mòn quá trình làm việc. 6
Phụ gia biến Tăng độ bền của màng dầu, giữ bề mặt kim loại tách rời nhau, ngăn tính, giảm ma không cho lớp dầu bị phá hoại trong điều kiện tải trọng lớn và nhiệt độ sát cao. Phụ gia giúp dầu nhờn làm việc được dưới điều kiện áp suất cao, như Phụ gia cực áp các loại dầu hộp số, dầu bánh răng. Phụ gia hạ Hạ thấp điểm đông đặc của dầu, tránh việc dầu nhờn bị đông đặc lại ở điểm đông đặc nhiệt độ thường. Tránh hoặc giảm sự tạo bọt do bọt làm tăng sự oxy hóa, gây tổn thất dầu Phụ gia chống nhờn, năng cản sự lưu thông dầu khi tuần hoàn, gây ra hiện tượng bôi tạo bọt trơn không đầy đủ. 1.1.2. Công dụng của dầu nhờn 1.1.2.1. Bôi trơn máy Dầu nhờn có nhiều công dụng, trong đó quan trọng nhất là bôi trơn các bề mặt có chuyển động trượt giữa các chi tiết, làm giảm ma sát, do đó làm giảm tổn thất cơ giới trong động cơ, dẫn đến tăng hiệu suất có ích của toàn động cơ. Nguyên nhân của việc giảm ma sát là do khi bôi trơn sẽ có sự thay thế ma sát trực tiếp giữa các chi tiết máy bằng ma sát nội tại của màng chất bôi trơn thể lỏng ngăn cách các chi tiết máy. Ma sát nội tại giữa các màng chất lỏng này luôn nhỏ hơn nhiều so với các dạng ma sát khác [1, 5, 6]. 1.1.2.2. Chống ăn mòn kim loại Nước là nguyên nhân góp phần gây nên sự rỉ sét của các chi tiết được chế tạo từ kim loại. Một thể tích nhiên liệu đốt cháy trong động cơ sinh ra một thể tích nước; mặc dù phần lớn nước ở thể hơi và thoát ra ống xả, tuy nhiên vẫn còn một ít đọng lại trong lòng xylanh. Hiện tượng này thường xảy ra khi thời tiết lạnh hay khi động cơ chưa được sưởi ấm, thêm vào đó các sản phẩm phụ sinh ra do nhiên liệu cháy không hoàn toàn, ngoài ra còn các chất axit được tạo thành do sự oxi hóa dầu, vì vậy khả năng tạo rỉ sét và ăn mòn càng trở nên trầm trọng. Các chi tiết cần được bảo vệ chống lại sự ăn mòn và chống rỉ. Dầu nhờn sẽ tạo một lớp màng mỏng phủ trên bề mặt các chi tiết ma sát có tác dụng chống rỉ trong thời gian ngừng hoạt động, nhất là những bộ phận ẩm ướt. Ngoài ra dầu nhờn còn có tác dụng hạn chế tối đa sự lan truyền các chất axit được sinh ra từ các loại nhiên liệu nhiều lưu huỳnh trong động cơ diesel [1, 5, 6]. 7
1.1.2.3. Làm mát máy Việc làm mát nhằm làm giảm nhiệt độ của các chi tiết máy. Nhiều người cho rằng việc làm mát động cơ hoàn toàn dựa vào hệ thống nước làm mát. Trên thực tế hệ thống nước làm mát chỉ thực hiện được 60% công việc làm mát. Nước chỉ làm mát phần trên động cơ là các đỉnh xylanh, lòng xylanh và các van; còn trục khuỷu, các ổ đỡ, trục cam, các bánh răng, pitong và nhiều chi tiết khác được làm mát bằng dầu nhờn. Qua số liệu thực nghiệm cho thấy nhiệt độ cháy thường là 1090 – 1650°C, những phần chính của van có thể lên tới 540 –1095°C, nhiệt độ pitông có thể lên tới 540°C. Thiếc (Sn) và chì (Pb) là hai kim loại có nhiệt độ nóng chảy thấp, được dùng chế tạo các chi tiết trong bạc đỡ. Chúng thường mềm ra ở 180°C và nóng chảy ở 232°C (Sn) và 327°C (Pb). Vì vậy nếu như không sử dụng dầu nhờn để tản bớt nhiệt sẽ làm cho kim loại của vòng bi nóng chảy ra và bị phá hủy. Nguyên nhân sinh nhiệt chủ yếu của động cơ là do ma sát giữa các bề mặt của chi tiết bên trong động cơ và do quá trình cháy của nhiên liệu. Dầu nhờn ở trạng thái lỏng chảy qua các bề mặt ma sát và mang theo nhiệt sẽ làm mát vật liệu. Chức năng làm mát đòi hỏi dầu phải chịu nhiệt cao, không bị biến chất do tác dụng của oxy trong không khí ở nhiệt độ cao [1, 5-7]. 1.1.2.4. Làm kín máy Ở một số động cơ ô tô tại vị trí piston, máy phát, bơm thủy lực làm việc ở áp suất cao, do đó yêu cầu độ kín cao. Vì vậy dầu nhờn dựa vào khả năng bám dính và tạo màng lấp kín các khe hở, bảo đảm quá trình làm việc bình thường cho thiết bị [1, 5, 7-11]. 1.1.2.5. Làm sạch máy Dầu nhờn sẽ có tác dụng cuốn trôi các vẩy tróc, sau đó các cặn bẩn sẽ bị giữ lại tại các bộ phận lọc của hệ thống bôi trơn. Trong động cơ diesel, khi nhiên liệu cháy tạo ra muội than sẽ bám cặn trên thành piston gây cháy xecmăng, làm nghẽn các bộ lọc. Trong động cơ dùng xăng pha chì, khi xăng cháy cũng tạo ra một lượng muội chì. Các hiện tượng trên góp phần tạo ra hai loại cặn trong dầu nhờn trong quá trình làm việc: cặn bùn và cặn cứng. Cặn bùn được tạo thành do sự kết hợp giữa hơi nước, bụi, sản phẩm xuống cấp và nhiên liệu cháy chưa hoàn toàn. Cùng với thời gian cặn bùn sẽ tích tụ nhiều, đóng cục lại sẽ làm hạn chế sự lưu thông của dầu nhờn. Cặn cứng là sản phẩm của quá trình oxi hóa các hợp phần kém ổn định có trong dầu tại nhiệt độ và áp suất cao. Cặn cứng làm thành lớp áo cứng trên các chi tiết có nhiệt độ cao của động cơ. Động cơ không thể làm việc một cách bình thường nếu cặn cứng tích tụ nhiều trên các chi tiết của máy. Dầu nhờn với phụ gia tẩy rửa sẽ có tác dụng ngăn cản sự tích tụ của cặn bùn, cặn cứng, giữ cho bề mặt các chi tiết luôn được sạch sẽ tạo điều kiện cho động cơ hoạt động tốt [1, 3, 5, 7-13]. 8
1.1.2.6. Bảo vệ bề mặt Sự tiếp xúc các chi tiết máy với các tác nhân gây ăn mòn như: oxy, độ ẩm của không khí, khí thải hay khí cháy từ nhiên liệu đốt trong động cơ hay các lò đốt, môi trường làm việc dẫn đến bề mặt vật liệu bị oxy hóa hay bị ăn mòn. Vì vậy dầu nhờn có tác dụng tạo lớp màng bao phủ bề mặt các chi tiết ngăn cách sự tiếp xúc với các yếu tố môi trường [1, 4, 11, 14, 15]. 1.2. TỔNG QUAN VỀ DẦU NHỜN SINH HỌC 1.2.1. Khái niệm, ưu nhược điểm và ứng dụng của DNSH DNSH là thuật ngữ dùng để chỉ những chất bôi trơn có hai đặc điểm là dễ phân hủy sinh học và không độc cho sinh vật và môi trường sống. DNSH cũng có những ứng dụng như dầu khoáng như: dầu công nghiệp như dầu máy, dầu máy nén, dầu gia công kim loại, và các loại dầu thủy lực. Dầu ô tô ví dụ như dầu động cơ, dầu truyền động, dầu hộp số, cũng như phanh và các chất lỏng thủy lực; và các loại dầu đặc biệt như các loại dầu chế biến, dầu trắng, dầu đo lường. Những lợi ích chính của DNSH thể hiện trong Hình 1.1 trong đó cho thấy các lĩnh vực sử dụng DNSH trong các ứng dụng ô tô. Những loại dầu này có thể thay thế các loại dầu gốc khoáng như dầu động cơ, dầu thủy lực, dầu máy nén, dầu nhớt cho máy phát điện, bơm, máy kéo, bánh răng, dầu cách điện, dầu gia công kim loại, dầu dầu hàng không, dầu mỡ [5, 7-11]. Hình 1.1 Yêu cầu bôi trơn cho một loại xe tải nâng 9