Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu tổng hợp Biodiesel từ dầu hạt cao su trên xúc tác dị thể NaOH/MGO và Na2CO3 Al2O3

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:98

Thêm vào BST

Báo xấu

27
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Như chúng ta đã biết, các nguồn nguyên liệu hóa thạch ngày càng cạn kiệt và sử dụng nhiên liệu điều chế từ các nguồn nguyên liệu đó đã và đang gây ra những tác động lớn đến môi trường toàn cầu như: gây ra hiệu ứng nhà kính (làm trái đất nóng dần lên), các khí thải độc hại ảnh hưởng đến đời sống và sức khỏe con người (CO, SOx, hydrocacbon thơm...). Luận văn tiến hành nghiên cứu tổng hợp Biodiesel từ dầu hạt cao su trên xúc tác dị thể NaOH/MGO và Na2CO3 Al2O3

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu tổng hợp Biodiesel từ dầu hạt cao su trên xúc tác dị thể NaOH/MGO và Na2CO3 Al2O3

Bé GI¸O DôC Vµ §µO T¹O TR¦êng ®¹i häc b¸ch khoa hµ néi ----------------------------- LuËn v¨n th¹c sÜ khoa häc Nghiªn cøu tæng hîp biodiesel tõ DÇu h¹t cao su trªn xóc t¸c dÞ thÓ Naoh/mgo vµ na2co3/al2o3 Ngµnh : c«ng nghÖ hãa häc M· sè:....................... Lª thanh hßa Ngêi híng dÉn khoa häc: Pgs.ts. ®inh thÞ ngä Hµ néi 12/2008
Môc lôc Trang Trang 1 1 Lêi c¶m ¬n 2 Môc lôc 3 Danh môc c¸c ký hiÖu, c¸c ch÷ viÕt t¾t 6 Danh môc c¸c b¶ng 7 Danh môc c¸c h×nh vÏ, ®å thÞ 8 Më §ÇU 9 Ch¬ng 1 - TæNG QUAN LÝ THUYÕT 11 1.1. Tæng qu¸t vÒ dÇu thùc vËt 11 1.1.1. Kh¸i niÖm chung 11 1.1.2. Thµnh phÇn hãa häc cña dÇu thùc vËt 12 1.1.3. TÝnh chÊt vËt lý cña dÇu thùc vËt 14 1.1.4. TÝnh chÊt hãa häc cña dÇu thùc vËt 15 1.1.5. C¸c chØ tiªu quan träng cña dÇu thùc vËt 16 1.1.6. Giíi thiÖu mét sè lo¹i dÇu th«ng dông 17 1.2. Giíi thiÖu vÒ dÇu h¹t cao su 19 1.2.1. Vµi nÐt vÒ dÇu h¹t cao su 20 1.2.2. Tinh chÕ dÇu h¹t cao su kh«ng t¸ch axit tù do 21 1.2.3. C¸c chØ sè c¬ b¶n cña dÇu 22 1.3. Nhiªn liÖu diesel 23 1.3.1. TiÒm n¨ng vµ nhu cÇu sö dông nhiªn liÖu hãa th¹ch 23 1.3.2. Nhiªn liÖu diesel truyÒn thèng 25 1.3.3. Thµnh phÇn hãa häc cña nhiªn liÖu diesel 26 1.3.4. Yªu cÇu chÊt lîng cña nhiªn liÖu diesel 26 1.3.5. KhÝ th¶i cña nhiªn liÖu diesel 29 1.3.6. C¸c ph¬ng ph¸p n©ng cao chÊt lîng cña nhiªn liÖu diesel 30 1.4. Biodiesel 32 1.4.1. Kh¸i qu¸t chung 32 1.4.2. Giíi thiÖu vÒ biodiesel 33 1.4.3. TÝnh chÊt vµ u khuyÕt ®iÓm cña biodiesel 35 1.4.4. Nguyªn liÖu cho qu¸ tr×nh tæng hîp biodiesel 38
1.4.5. C¸c ph¬ng ph¸p tæng hîp biodiesel 40 1.4.6. Giíi thiÖu mét sè qu¸ tr×nh tæng hîp biodiesel 43 1.4.7. Xö lý nguyªn liÖu cã hµm lîng axit bÐo tù do cao 45 1.4.8. C¸c yÕu tè ¶nh hëng ®Õn qu¸ tr×nh trao ®æi este 46 Ch¬ng 2 - THùC NGHIÖM Vµ C¸C PH¦¥NG PH¸P NGHI£N CøU 48 2.1.Yªu cÇu ®èi víi ancol 48 2.2. Yªu cÇu ®èi víi dÇu h¹t cao su 49 2.3. Yªu cÇu ®èi víi xóc t¸c 49 2.4. Qu¸ tr×nh ®iÒu chÕ xóc t¸c NaOH/MgO 50 2.5. Qu¸ tr×nh ®iÒu chÕ xóc t¸c Na2CO3/ γ -Al2O3 51 2.5.1 §iÒu chÕ nh«m hydroxit d¹ng bemit 51 2.5.2 §iÒu chÕ γ -Al2O3 52 2.5.3 ChÕ t¹o xóc t¸c Na2CO3/ γ -Al2O3 52 2.6. C¸ch tiÕn hµnh tæng hîp biodiesel 52 2.6.1.S¬ då vµ c¸c thiÕt bÞ trong qu¸ tr×nh thùc nghiÖm 52 2.6.2.C¸ch tiÕn hµnh thùc nghiÖm 54 2.7. C¸c ph¬ng ph¸p ph©n tÝch chÊt lîng s¶n phÈm 57 2.7.1. X¸c ®Þnh chØ sè axit 57 2.7.2 X¸c ®Þnh ®é nhít ®éng häc 58 2.7.3. X¸c ®Þnh nhiÖt ®é chíp ch¸y cèc kÝn 59 2.7.4. X¸c ®Þnh tû träng 60 2.7.5. Ph¬ng ph¸p phæ hÊp thô hång ngo¹i 60 2.7.6. Ph¬ng ph¸p s¾c ký khÝ 62 2.7.7. Ph¬ng ph¸p phæ XRD 63 2.7.8. Ph¬ng ph¸p chôp ¶nh hiÓn vi ®iÖn tö SEM 64 Ch¬ng 3 - KÕT QU¶ Vµ TH¶O LUËN 65 3.1. §iÒu chÕ xóc t¸c 65 3.1.1. Xóc t¸c NaOH/MgO 65 3.1.1.1. Phæ XRD cña xóc t¸c NaOH/MgO 65 3.1.1.2. Kh¶o s¸t sù ph©n bè cña NaOH trªn bÒ mÆt MgO 66 3.1.2. Xóc t¸c Na2CO3/ γ -Al2O3 vµ c¸c yÕu tè ¶nh hëng 67 3.1.2.1 Phæ nhiÔu x¹ tia X (XRD) 67 3.1.2.2. H×nh ¶nh SEM cña xóc t¸c Na2CO3/ γ -Al2O3 68
3.2. Kh¶o s¸t c¸c yÕu tè ¶nh hëng ®Õn ph¶n øng giai ®o¹n 1 69 3.2.1. ¶nh hëng cña tØ lÖ metanol/dÇu ®Õn chØ sè axit 69 3.2.2. ¶nh hëng cña lîng xóc t¸c H2SO4 98% ®Õn chØ sè axit 71 3.2.3. ¶nh hëng cña thêi gian ph¶n øng ®Õn chØ sè axit 72 3.3. Thùc hiÖn ph¶n øng giai ®o¹n 2 73 3.3.1. ¶nh hëng cña hµm lîng pha ho¹t tÝnh ®Õn hiÖu suÊt biodiesel 73 3.3.2. ¶nh hëng cña nhiÖt ®é nung xóc t¸c ®Õn hiÖu suÊt biodiesel 74 3.3.3. ¶nh hëng cña nhiÖt ®é ph¶n øng ®Õn hiÖu suÊt biodiesel 76 3.3.4. ¶nh hëng cña thêi gian ph¶n øng ®Õn hiÖu suÊt biodiesel 78 3.3.5. ¶nh hëng cña tû lÖ metanol/dÇu ®Õn hiÖu suÊt biodiesel 79 3.3.6. ¶nh hëng cña hµm lîng xóc t¸c 80 3.4. Nghiªn cøu t¸i sö dông vµ t¸i sinh xóc t¸c 81 3.5. ChØ tiªu hãa lýcña biodiesel tõ dÇu HCS 84 3.6. So s¸nh thµnh phÇn khÝ th¶I cña B20 vµ diesel kho¸ng 86 3.6.1. Hµm lîng CO2 trong khãi th¶i cña ®éng c¬ ë c¸c tèc ®é kh¸c 86 nhau 3.6.2. X¸c ®Þnh hµm lîng CO trong khãi th¶I ë c¸c tèc ®é kh¸c nhau 87 cña ®éng c¬ 3.6.3. Hµm lîng NOx trong khãi th¶i cña ®éng c¬ ë c¸c tèc ®é kh¸c 88 nhau 3.6.4. Hµm lîng hydrocacbon trong khãi th¶i ë c¸c tèc ®é kh¸c nhau 89 KÕT LUËN 91 TµI LIÖU THAM KH¶O 92 TãM T¾T 97 ABSTRACT 98
-6- Danh môc c¸c h×nh TT Ký HIÖU NéI DUNG TRANG 1 H×nh 1.1 S¬ ®å qu¸ tr×nh s¶n xuÊt biodiesel theo ph¬ng ph¸p gi¸n 43 ®o¹n. 2 H×nh 1.2 S¬ ®å s¶n xuÊt biodiesel theo ph¬ng ph¸p liªn tôc. 44 3 H×nh 2.1 S¬ ®å m« t¶ thiÕt bÞ ph¶n øng 53 4 H×nh 3.1 Phæ XRD cña xóc t¸c NaOH/MgO 65 5 H×nh 3.2 ¶nh SEM cña mÉu xóc t¸c NaOH/MgO 66 6 H×nh 3.3 Phæ nhiÔu x¹ tia X cña Bermit ®iÒu chÕ tõ phÌn nh«m ë 67 pH = 7-8 7 H×nh 3.4 Phæ nhiÔu x¹ tia X cña γ -Al2O3 ®iÒu chÕ tõ bemit ë 68 4800C 8 H×nh 3.5 ¶nh SEM cña mÉu xóc t¸c Na2CO3/ γ -Al2O3 68 9 H×nh 3.6 ¶nh hëng cña tØ lÖ metanol/dÇu ®Õn chØ sè axit 70 10 H×nh 3.7 ¶nh hëng cña hµm lîng xóc t¸c ®Õn chØ sè axit 72 11 H×nh 3.8 ¶nh hëng cña thêi gian ph¶n øng ®Õn chØ sè axit 73 12 H×nh 3.9 §å thÞ biÓu diÔn mèi quan hÖ gi÷a hiÖu suÊt biodiesel vµ 74 hµm lîng pha ho¹t tÝnh. 13 H×nh 3.10 §å thÞ biÓu diÔn mèi quan hÖ hiÖu suÊt biodiesel vµo 75 nhiÖt ®é nung xóc t¸c 14 H×nh 3.11 §å thÞ biÓu diÔn sù phô thuéc hiÖu suÊt biodiesel vµo 77 nhiÖt ®é ph¶n øng 15 H×nh 3.12 §å thÞ biÓu diÔn sù phô thuéc hiÖu suÊt biodiesel vµo 78 thêi gian ph¶n øng 16 H×nh 3.13 §å thÞ biÓu diÔn sù phô thuéc hiÖu suÊt biodiesel vµo tû 80 lÖ metanol/dÇu 17 H×nh 3.14 §å thÞ biÓu diÔn sù phô thuéc hiÖu suÊt biodiesel vµo 81 hµm lîng xóc t¸c 18 H×nh 3.15 §å thÞ biÓu diÔn mèi quan hÖ gi÷a hiÖu suÊt biodiesel 82 vµo hµm lîng NaOH khi t¸i sö dông xóc t¸c 19 H×nh 3.16 §å thÞ biÓu diÔn sù phô thuéc hiÖu suÊt biodiesel vµo sè 83 lÇn t¸i sö dông xóc t¸c NaOH/MgO 20 H×nh 3.17 Phæ hång ngo¹i cña biodiesel tõ dÇu h¹t cao su 85 21 H×nh 3.18 Quan hÖ gi÷a tèc ®é quay vµ hµm lîng CO2 87 22 H×nh 3.19 Quan hÖ gi÷a tèc ®é quay vµ hµm lîng CO 88 23 H×nh 3.20 Quan hÖ gi÷a tèc ®é quay vµ hµm lîng NOx 89 24 H×nh 3.21 Quan hÖ gi÷a hµm lîng hydrocacbon vµ tèc ®é quay. 90
-7- danh môc c¸c b¶ng TT Ký HIÖU NéI DUNG TRANG 1 B¶ng 1.1 Thµnh phÇn axit bÐo cña c¸c lo¹i dÇu thùc vËt. 14 2 B¶ng 1.2 C¸c tÝnh chÊt vËt lý vµ hãa häc cña dÇu thùc vËt. 16 3 B¶ng 1.3 C¸c tÝnh chÊt vËt lý vµ hãa häc cña dÇu thùc vËt. 20 4 B¶ng 1.4 Vµi chØ tiªu chÝnh cña DHCS ®· tinh chÕ. 21 5 B¶ng 1.5 S¶n phÈm cña c¸c nhµ m¸y läc dÇu 24 6 B¶ng 1.6 C©n ®èi nhiªn liÖu x¨ng vµ diesel ®Õn 2020. 25 7 B¶ng 1.7 C¸c chØ tiªu ®¸nh gi¸ chÊt lîng nhiªn liÖu diesel theo 28 ASTM. 8 B¶ng 1.8 TÝnh chÊt vËt lý cña diesel so víi mét sè metyl este. 34 9 B¶ng 1.9 So s¸nh tÝnh chÊt cña nhiªn liÖu diesel víi biodiesel. 35 10 B¶ng 1.10 C¸c chØ tiªu ®¸nh gi¸ chÊt lîng biodiesel. 38 11 B¶ng 1.11 §é chuyÓn hãa t¹o biodiesel trªn c¸c xóc t¸c kh¸c nhau. 41 12 B¶ng 1.12 So s¸nh ®iÒu kiÖn c«ng nghÖ trong c¸c ph¬ng ph¸p xóc 42 t¸c kiÒm vµ xóc t¸c enzym. 13 B¶ng 3.1 C¸c ®Æc trng cña xóc t¸c 67 14 B¶ng 3.2 ¶nh hëng cña tØ lÖ metanol/dÇu ®Õn chØ sè axit 70 15 B¶ng 3.3 ¶nh hëng cña lîng xóc t¸c H2SO4 98% ®Õn chØ sè axit 71 16 B¶ng 3.4 ¶nh hëng cña thêi gian ph¶n øng ®Õn chØ sè axit 72 17 B¶ng 3.5 Sù phô thuéc hiÖu suÊt biodiesel vµo hµm lîng pha ho¹t 73 tÝnh 18 B¶ng 3.6 ¶nh hëng cña nhiÖt ®é nung xóc t¸c ®Õn hiÖu suÊt 75 biodiesel 19 B¶ng 3.7 Sù phô thuéc hiÖu suÊt biodiesel vµo nhiÖt ®é ph¶n øng 77 20 B¶ng 3.8 Sù phô thuéc hiÖu suÊt biodiesel vµo thêi gian ph¶n øng 78 21 B¶ng 3.9 Sù phô thuéc hiÖu suÊt biodiesel vµo tû lÖ metanol/dÇu 79 22 B¶ng 3.10 Sù phô thuéc hiÖu suÊt biodiesel vµo hµm lîng xóc t¸ 80 23 B¶ng 3.11 ¶nh hëng cña hµm lîng NaOH ®Õn hiÖu suÊt biodiesel 82 khi t¸i sö dông 24 B¶ng 3.12 Sù phô thuéc hiÖu suÊt biodiesel vµo sè lÇn t¸i sö dông 83 xóc t¸c NaOH/MgO 25 B¶ng 3.13 Sù phô thuéc hiÖu suÊt biodiesel vµo sè lÇn t¸i sö dông 84 xóc t¸c Na2CO3/ γ -Al2O3 26 B¶ng 3.14 ChØ tiªu ho¸ lý cña biodiesel tõ dÇu h¹t cao su 84 27 B¶ng 3.15 Hµm lîng CO2 trong khãi th¶i cña ®éng c¬ diesel ë c¸c 86 tèc ®é kh¸c nhau 28 B¶ng 3.16 Hµm lîng CO trong khãi th¶i 87 29 B¶ng 3.17 Hµm lîng NOx trong khãi th¶i cña ®éng c¬ ë tèc ®é 88 kh¸c nhau 30 B¶ng 3.18 Hµm lîng hydrocacbon ë c¸c tèc ®é kh¸c nhau 89
-8- B¶ng danh môc c¸c ch÷ viÕt t¾t 0 C §é C Dhcs DÇu h¹t cao su HSC H¹t cao su Kg/l Kilogam/lit Sem Ph¬ng ph¸p chôp ¶nh hiÓn vi ®iÖn tö quÐt Xrd Ph¬ng ph¸p phæ nhiÔu x¹ tia X 0 C §é C Kg/l Kilogam/lit
-9- Më §ÇU Nh chóng ta ®· biÕt, c¸c nguån nguyªn liÖu hãa th¹ch ngµy cµng c¹n kiÖt vµ sö dông nhiªn liÖu ®iÒu chÕ tõ c¸c nguån nguyªn liÖu ®ã ®· vµ ®ang g©y ra nh÷ng t¸c ®éng lín ®Õn m«i trêng toµn cÇu nh: g©y ra hiÖu øng nhµ kÝnh (lµm tr¸i ®Êt nãng dÇn lªn), c¸c khÝ th¶i ®éc h¹i ¶nh hëng ®Õn ®êi sèng vµ søc khoÎ con ngêi (CO, SOx, hydrocacbon th¬m...). C¸c nhµ khoa häc ®· ®a ra rÊt nhiÒu gi¶i ph¸p ®Ó c¶i thiÖn t×nh h×nh nµy nh: sö dông hép xóc t¸c l¾p vµo èng x¶ cña c¸c ®éng c¬ ch¹y nhªn liÖu truyÒn thèng... Hay sö dông c¸c d¹ng n¨ng lîng kh¸c nh: n¨ng lîng mÆt trêi, n¨ng lîng giã, thñy n¨ng, pin nhiªn liÖu, nhiªn liÖu sinh häc... ®Ó thay thÕ nguån n¨ng lîng hãa th¹ch g©y ra « nhiÔm. Trong sè c¸c d¹ng n¨ng lîng ®ã th× nhiªn liÖu sinh häc vµ ®Æc biÖt lµ nhiªn liÖu biodiesel ®îc quan t©m h¬n c¶ do xu híng diesel hãa c¸c lo¹i ®éng c¬. Biodiesel lµ mét lo¹i nhiªn liÖn sinh häc, cã thÓ pha trén víi nhiªn liÖu diesel sö dông cho ®éng c¬ diesel, lµm gi¶m mét c¸ch ®¸ng kÓ lîng khÝ th¶i vµ h¬n n÷a nã lµ mét nhiªn liÖu cã thÓ kh¶ n¨ng t¸i t¹o ®îc. Biodiesel ®îc s¶n xuÊt tõ c¸c lo¹i mì c¸, dÇu thùc vËt, dÇu th¶i. HiÖn nay trªn thÕ giíi ®· cã rÊt nhiÒu níc nghiªn cøu vµ s¶n xuÊt nhiªn liÖu biodiesel trªn c¸c lo¹i dÇu thùc vËt, mì ®éng vËt ®Ó pha trén vµo nhiªn liÖu diesel kho¸ng vµ ®· ®a vµo sö dông réng r·i nh»m lµm t¨ng s¶n lîng nhiªn liÖu diesel vµ gi¶m khÝ th¶i « nhiÔm m«i trêng. ViÖt Nam chØ míi b¾t ®Çu qu¸ tr×nh nghiªn cøu, tuy nhiªn cßn nhiÒu h¹n chÕ: sö dông dÇu lµm thùc phÈm sÏ ¶nh hëng ®Õn an ninh l¬ng thùc, xóc t¸c ®ång thÓ khã läc röa, g©y « nhiÔm m«i trêng... Do cã nh÷ng nhîc ®iÓm trªn chóng t«i ®· tiÕn hµnh nghiªn cøu tæng hîp biodiesel tõ dÇu cao su trªn xóc t¸c dÞ thÓ. LuËn v¨n kh¾c phôc ®îc nh÷ng nhîc ®iÓm ®ã v×: dÇu h¹t cao su kh«ng ¨n ®îc, nguån cung cÊp nguyªn liÖu l¹i lín; xóc t¸c dÞ thÓ NaOH/MgO vµ Na2CO3/ γ -Al2O3 cã thÓ t¸i sö dông vµ t¸i sinh xóc t¸c nhiÒu lÇn, dÔ dµng läc t¸ch s¶n phÈm, cho hiÖu qu¶ kinh tÕ cao. Trong luËn v¨n nµy ®· thùc hiÖn ®îc c¸c néi dung sau : chÕ t¹o ®îc hÖ xóc t¸c dÞ thÓ
- 10 - NaOH/MgO vµ Na2CO3/ γ -Al2O3 cã ho¹t tÝnh cao trong ph¶n øng tæng hîp biodiesel, t×m ®îc c¸c ®iÒu kiÖn tèi u cho ph¶n øng giai ®o¹n 1, tæng hîp ®îc biodiesel giai ®o¹n 2 trªn xóc t¸c dÞ thÓ ®· chÕ t¹o víi hiÖu suÊt cao, §· ch¹y thö nghiÖm B20 trªn ®éng c¬ diesel, kÕt qu¶ cho thÊy: hµm lîng khãi th¶i ®éc h¹i nh: NOx, CO, CO2, HC gi¶m ®¸ng kÓ...
- 11 - CH¦¥NG I TæNG QUAN Lý THUYÕT 1.1. TæNG QU¸T VÒ DÇU THùC VËT: 1.1.1 Kh¸i niÖm chung. [1,11] DÇu thùc vËt vµ mì ®éng vËt cã thµnh phÇn chñ yÕu lµ c¸c este, mét hîp chÊt cña glyxerin víi c¸c axit bÐo bËc cao vµ cã tªn chung lµ triglyxerit. XÐt vÒ mÆt dinh dìng vµ sinh lý cña con ngêi vµ ®éng vËt, dÇu mì cã vai trß quan träng trong viÖc cung cÊp n¨ng lîng cho sù sèng. DÇu vµ mì, hay cßn gäi chung lµ chÊt bÐo, cã gi¸ trÞ gÊp ®«i protein vµ glucit: mét gam chÊt bÐo cung cÊp 9,3 calo trong khi mét gam protein hay glucit cung cÊp cã 4,1 calo. DÇu thùc vËt l¹i tèt h¬n mì ®éng vËt. Ngoµi viÖc cung cÊp n¨ng lîng, mét sè dÇu thùc vËt cßn cã gi¸ trÞ cao vÒ mÆt dinh dìng nhê chøa nhiÒu axit bÐo kh«ng no nh axit oleic, axit linoleic... gióp cho dÔ tiªu hãa, c¶i thiÖn ®é v÷ng ch¾c cña thµnh m¹ch. §Æc biÖt, cã lo¹i dÇu nh dÇu híng d¬ng vµ dÇu mÌ cã nhiÒu tocoferol võa cã gi¸ trÞ dinh dìng cao võa cã t¸c dông ch÷a bÖnh, ®iÒu tiÕt cholesterol chèng x¬ v÷a ®éng m¹ch. Mét sè lo¹i dÇu chøa nhiÒu vitamin A vµ nhiÒu vitamin nhãm B nh dÇu c¸m, dÇu ng«... nªn kh«ng nh÷ng ®îc dïng lµm thùc phÈm mµ cßn dïng trong dîc phÈm vµ hãa mü phÈm. Mét sè dÇu thùc vËt cßn ®îc sö dông trong c«ng nghiÖp s¬n, vecni, dÇu b«i tr¬n... Mét sè dÇu cã gi¸ trÞ ®Æc biÖt nh dÇu trÈu, dÇu thÇu dÇu. Sau khi Ðp lÊy dÇu, c¸c lo¹i b· kh« nh kh« dÇu dõa, kh« dÇu ®Ëu nµnh, kh« dÇu l¹c, kh« dÇu cao su... cßn ®îc dung lµm thøc ¨n gia sóc, hoÆc ®îc Ðp sau ®ã sÊy kh« ®Ó lµm vËt dông gia ®×nh t¬ng tù nh gç Ðp. DÇu thùc vËt cã vai trß quan träng vµ gi¸ trÞ to lín trong ®êi sèng con ngêi. Ngµy nay con ngêi ®ang t×m c¸ch n©ng cao hiÖu qu¶ sö dông cña dÇu thùc vËt. DÇu thùc vËt ®ang trë thµnh nguån nguyªn liÖu quan träng ®Ó s¶n xuÊt nhiªn liÖu sinh häc thay thÕ cho nhiªn liÖu hãa th¹ch cã ý nghÜa quyÕt ®Þnh trong viÖc gi¶m thiÓu « nhiÔm m«i trêng.
- 12 - 1.1.2 Thµnh phÇn hãa häc cña dÇu thùc vËt. [1,11,14,15,18] a) Lipit: Lµ thµnh phÇn quan träng cña dÇu quyÕt ®Þnh gi¸ trÞ sö dông trong c«ng nghiÖp cña chóng. Lipit hßa tan tèt trong dung m«i kh«ng ph©n cùc nh x¨ng, tetraclorua cacbon vµ mét sè chÊt kh¸c. Trªn thùc tÕ chóng kh«ng tan trong níc. Hµm lîng lipit dao ®éng tõ 1/4 ®Õn 1/3 khèi lîng h¹t. Trong dÇu, lipit thêng liªn kÕt víi c¸c chÊt kh¸c nh protein vµ saccarit. DÉn suÊt cña chóng thêng t¹o thµnh c¸c kiÓu hîp chÊt kh¸c nhau vµ bÒn v÷ng. Trong thµnh phÇn lipit cña h¹t dÇu gåm cã: Triglyxerit: Lµ thµnh phÇn chñ yÕu cña lipit, chiÕm 95 – 98 % khèi lîng. ë d¹ng tinh khiÕt, triglyxerit lµ chÊt kh«ng mµu kh«ng vÞ. Mµu s¾c vµ mïi vÞ kh¸c nhau cña dÇu lµ do sù cã mÆt cña c¸c chÊt kÌm theo t¸ch ra khi Ðp dÇu. Do khèi lîng ph©n tö t¬ng ®èi lín, ë ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é trªn 200oC th× triglyxerit ph©n hñy thµnh c¸c s¶n phÈm nhÑ vµ bay h¬i. Díi t¸c dông cña enzyme thñy ph©n khi cã níc vµ nhiÖt ®é th× triglyxerit sÏ thñy ph©n thµnh axit bÐo. VÒ cÊu t¹o hãa häc, chóng lµ c¸c este cña rîu ba chøc glyxerin víi axit bÐo. C¸c axit bÐo ë ®©y thêng lµ c¸c axit bÐo ®¬n chøc m¹ch th¼ng, cã sè nguyªn tö cacbon thêng ch½n, trong ®ã phæ biÕn nhÊt lµ axit bÐo cã 18 nguyªn tö cacbon. Axit bÐo cã thÓ lµ lo¹i no hoÆc kh«ng no cã 1, 2, 3 nèi ®«i. Phæ biÕn nhÊt trong sè kh«ng no lµ axit oleic (C18:1) vµ axit linoleic (C18:2), cßn lo¹i no lµ axit palmitic (C16:0) vµ axit stearic (C18:0). TÝnh chÊt vËt lý vµ hãa häc cña axit bÐo lµ do nèi ®«i vµ sè nguyªn tö cacbon quyÕt ®Þnh. C¸c axit bÐo kh«ng no do cã chøa nèi ®«i lµ vÞ trÝ cã kh¶ n¨ng tham gia ph¶n øng hãa häc rÊt m¹nh nªn dÔ bÞ oxy hãa bëi oxy cña kh«ng khÝ lµm cho dÇu bÞ h¾c vµ ®¾ng hoÆc bÞ polyme hãa t¹o thµnh mµng hay khö nèi ®«i chuyÓn thµnh axit bÐo no. Kh¶ n¨ng ph¶n øng cña c¸c axit bÐo kh«ng no t¨ng cïng víi sù t¨ng cña c¸c nèi ®«i, tÝnh chÊt cña dÇu vµ vÞ trÝ cña chóng trong ph©n tö triglyxerit quyÕt ®Þnh.[11,15,18] Phospholipit: Lµ lipit phøc t¹p, trong thµnh phÇn cÊu t¹o cã photpho vµ thêng cã nit¬. Hµm lîng dao ®éng 0,25 – 2 % khèi lîng dÇu trong h¹t. VÒ cÊu t¹o hãa häc, chóng lµ dÉn suÊt cña triglyxerit. Cã thÓ t¸ch photpholipit ra khái dÇu khi xö lý dÇu b»ng níc. Sau khi xö lý, photpho kÕt hîp víi níc ®ång thêi mÊt kh¶ n¨ng hßa tan trong dÇu vµ kÕt tña thµnh cÆn l¾ng xuèng.
- 13 - S¸p: Theo cÊu t¹o hãa häc, s¸p thuéc lo¹i lipit ®¬n gi¶n. Chóng lµ este cña c¸c axit bÐo cã m¹ch cacbon dµi víi 20 – 26 nguyªn tö cacbon víi rîu mét hoÆc hai chøc. S¸p cã vai trß b¶o vÖ m« thùc vËt khái t¸c ®éng c¬ häc hoÆc c¸c t¸c ®éng do qu¸ Èm hay qu¸ kh« vµ c¸c t¸c ®éng cã h¹i cña c¸c enzym. S¸p còng dÔ bÞ thñy ph©n nhng x¶y ra ë ®iÒu kiÖn m¹nh h¬n víi vËn tèc chËm h¬n khi thñy ph©n chÊt bÐo. Sù cã mÆt cña s¸p trong dÇu lµm dÇu bÞ ®ôc do c¸c h¹t s¸p kh«ng l¾ng mµ cø l¬ löng trong khèi dÇu. b) C¸c hîp chÊt chøa nit¬: Trong dÇu chóng chiÕm 1/5 ®Õn 1/4 khèi lîng h¹t. §Æc biÖt trong dÇu ®Ëu t¬ng, hîp chÊt chøa nit¬ chiÕm 1/3 khèi lîng h¹t. Trªn 90 % hîp chÊt chøc nit¬ lµ protein. Protein ®îc chia ra lµm hai lo¹i: protein ®¬n gi¶n vµ protein phøc t¹p. Trong ®ã, protein ®¬n gi¶n chiÕm 80 – 90 % khèi lîng dÇu, chóng bao gåm lo¹i hßa tan ®îc trong níc gäi lµ albumin, lo¹i hßa tan trong dung dÞch NaCl 10 % gäi lµ gobulion, lo¹i hßa tan trong NaCl 0,1 % thêng lµ glutein vµ mét sè protein kh«ng tan. Protein phøc t¹p thêng lµ c¸c enzym nh lipaza chuyªn thñy ph©n glyxerit. Photpholipaza chuyªn thñy ph©n c¸c liªn kÕt ester cña photpholipit. Lipoxigenaza chuyªn xóc tiÕn sù ph©n hñy c¸c ph©n tö axit bÐo lµm dÇu bÞ h¾c, h«i. Ngoµi ra cßn cã c¸c enzym glucozidaza, lireaza... c) Saccarit vµ c¸c dÉn suÊt: Trong dÇu h¹t, lîng saccarit tù nhiªn chñ yÕu lµ xenlulo vµ hemienxenlulo, chóng t¹o nªn tÕ bµo m« cho thùc vËt.[10,11,15] d) Nguyªn tè kho¸ng (tro): C¸c nguyªn tè kho¸ng phÇn lín tËp trung trong phÇn nh©n h¹t. Trong vá qu¶ vµ vá h¹t, hµm lîng tro Ýt h¬n. Tro cña h¹t chñ yÕu lµ oxit photpho, oxit kali vµ oxit magie chiÕm 90 % tæng lîng tro chung. e) Axit bÐo : C¸c axit bÐo cã trong dÇu thùc vËt chñ yÕu ë d¹ng kÕt hîp trong triglyxerit, chØ cã mét lîng nhá ë tr¹ng th¸i tù do. C¸c triglyxerit cã thÓ thñy ph©n thµnh c¸c axit bÐo theo ph¶n øng sau ®©y : R1COOCH2 CH2OH R1COOH R2 COOCH + 3H2O CHOH + R2COOH R3 COOCH2 CH2OH R3COOH Thêng axit bÐo sinh ra tõ dÇu mì cã thÓ vµo kho¶ng 95% so víi khèi lîng dÇu mì ban ®Çu. TÊt c¶ c¸c axit bÐo cña dÇu ®Òu lµ axit cacboxylic m¹ch th¼ng cã 6 – 30 nguyªn tö cacbon trong m¹ch. C¸c axit nµy cã thÓ no hoÆc kh«ng no
- 14 - vµ thµnh phÇn thay ®æi tïy theo mçi lo¹i dÇu kh¸c nhau. Thµnh phÇn c¸c lo¹i axit bÐo trong c¸c lo¹i dÇu thùc vËt ®îc nªu trong b¶ng 1.1: B¶ng 1.1 : Thµnh phÇn axit bÐo cña c¸c lo¹i dÇu thùc vËt. Lo¹i C16:0 C16:1 C18:0 C18:1 C18:2 C18:3 kh¸c DÇu b«ng 28,7 0 0,9 13 57,4 0 0 DÇu híng 6,4 0,1 2,9 17,7 72,9 0 0 d¬ng DÇu cä 42,6 0,3 4,4 40,5 10,1 0,2 1,1 DÇu thÇu dÇu 1,1 0 3,1 4,9 1,3 0 89,9 DÇu ®Ëu nµnh 13,9 0,3 2,1 23,2 56,2 4,3 0 DÇu l¹c 11,4 0 2,4 48,3 32,0 0,9 4,0 DÇu dõa 9,7 0,1 3,0 6,9 2,22 0 65,7 DÇu h¹t cao su 10,2 0 8,7 24,6 39,6 16,3 0 DÇu së 13-15 0 0,4 74-87 10-14 0 0 1.1.3 TÝnh chÊt vËt lý cña dÇu thùc vËt. [1,8,9,14,15] NhiÖt ®é nãng ch¶y vµ nhiÖt ®é ®«ng ®Æc: V× c¸c dÇu kh¸c nhau cã thµnh phÇn hãa häc kh¸c nhau nªn nhiÖt ®é nãng ch¶y vµ nhiÖt ®é ®«ng ®Æc còng kh¸c nhau. C¸c gi¸ trÞ nhiÖt ®é nµy kh«ng æn ®Þnh, nã thêng n»m trong mét kho¶ng nhiÖt ®é nµo ®ã. Víi c¸c chÊt tinh khiÕt, nhiÖt ®é nãng ch¶y vµ nhiÖt ®é ®«ng ®Æc thêng b»ng nhau cßn víi dÇu thùc vËt th× nã thêng chªnh nhau 10 – 14 o C. TÝnh tan cña dÇu thùc vËt: V× dÇu thùc vËt kh«ng ph©n cùc nªn chóng tan rÊt tèt trong dung m«i kh«ng ph©n cùc. Chóng tan rÊt Ýt trong rîu vµ kh«ng tan trong níc. §é tan cña dÇu vµo dung m«i phô thuéc nhiÖt ®é. Mµu cña dÇu: DÇu cã mµu g× lµ tïy thuéc vµo thµnh phÇn hîp chÊt cã trong dÇu. DÇu tinh khiÕt kh«ng cã mµu lµ do c¸c carotenoid vµ dÉn suÊt kh«ng cã mµu, mµu vµng lµ cña clorofin. Khèi lîng riªng: DÇu thùc vËt thêng nhÑ h¬n níc, víi d20 = 0,907 – 0,971. DÇu cã m¹ch cacbon cµng no th× tû träng cµng cao.
- 15 - ChiÕt suÊt: Lµ mét tÝnh chÊt ®Æc trng cña c¸c chÊt láng trong suèt cho ¸nh s¸ng ®i qua. ChØ sè chiÕt suÊt t¨ng lªn khi t¨ng sè nguyªn tö cacbon trong ph©n tö. Khi t¨ng nèi ®«i, chØ sè chiÕt quang gi¶m xuèng. 1.1.4 TÝnh chÊt hãa häc cña dÇu thùc vËt. [8,9] Thµnh phÇn hãa häc cña dÇu thùc vËt chñ yÕu lµ este cña axit bÐo víi glyxerin, do vËy chóng cã ®Çy dñ tÝnh chÊt cña mét este: Ph¶n øng xµ phßng hãa: Trong nh÷ng ®iÒu kiÖn thÝch hîp vÒ nhiÖt ®é, ¸p suÊt vµ xóc t¸c, dÇu mì cã thÓ thñy ph©n theo ph¶n øng sau: C3H5(OCOR)3 + 3 H2O → 3 RCOOH + C3H5(OH)3 Ph¶n øng diÔn ra qua c¸c giai ®o¹n trung gian cã t¹o thµnh c¸c diglyxerin vµ monoglyxerin. NÕu trong qu¸ tr×nh thñy ph©n cã mÆt c¸c lo¹i kiÒm nh NaOH hoÆc KOH th× sau khi thñy ph©n, axit bÐo sÏ t¸c dông víi kiÒm t¹o thµnh xµ phßng: RCOOH + NaOH → RCOONa + H2O Tæng qu¸t hai qu¸ tr×nh trªn chÝnh lµ ph¶n øng c¬ b¶n cña qu¸ tr×nh s¶n xuÊt xµ phßng vµ glyxerin tõ dÇu thùc vËt: C3H5(OCOR)3 + 3 NaOH → 3 RCOONa + C3H5(OH)3 Ph¶n øng céng hîp: Trong ®iÒu kiÖn thÝch hîp, c¸c axit bÐo kh«ng no sÏ céng hîp víi c¸c chÊt kh¸c nh céng hîp hydro víi sù cã mÆt cña xóc t¸c Ni, hay céng hîp halogen. Ph¶n øng trao ®æi este: C¸c glyxeril trong ®iÒu kiÖn cã mÆt cña xóc t¸c v« c¬ nh c¸c xóc t¸c axit H2SO4, HCl hoÆc c¸c xóc t¸c baz¬ NaOH, KOH cã thÓ tiÕn hµnh este hãa ®Ó trao ®æi víi c¸c rîu bËc mét nh metanol, etanol... ®ång thêi t¹o thµnh alkyl este vµ glyxerin: C3H5(OCOR)3 + 3 CH3OH → 3 RCOO CH3 + C3H5(OH)3 Ph¶n øng nµy cã ý nghÜa thùc tÕ rÊt quan träng v× cã thÓ sö dông c¸c alkyl este axit bÐo lµm nhiªn liÖu sÏ lµm gi¶m mét c¸ch ®¸ng kÓ lîng khÝ th¶i ®éc h¹i ra m«i trêng, ®ång thêi còng thu ®îc mét lîng glyxerin ®Ó dïng trong nhiÒu nghµnh c«ng nghiÖp nh mü phÈm, gia dông vµ s¶n xuÊt thuèc næ nitroglyxerin. Ph¶n øng oxy hãa: Do cã chøa nhiÒu lo¹i axit bÐo kh«ng no nªn dÇu thùc vËt dÔ bÞ oxy hãa vµ thêng x¶y ra ë nèi ®«i trong m¹ch cacbon. Tïy thuéc b¶n chÊt cña chÊt oxy hãa vµ ®iÒu kiÖn ph¶n øng mµ t¹o ra c¸c s¶n phÈm oxy hãa kh«ng
- 16 - hoµn toµn nh peroxit, xetoaxit... hoÆc c¸c s¶n phÈm ®øt m¹ch cã ph©n tö lîng bÐ. Khi tiÕp xóc víi kh«ng khÝ trong thêi gian dµi cã thÓ x¶y ra qu¸ tr×nh biÕn chÊt dÇu mì. Ph¶n øng trïng hîp: DÇu mì do cã chøa nhiÒu axit kh«ng no nªn dÔ ph¸t sinh ph¶n øng trïng hîp t¹o ra c¸c hîp chÊt cao ph©n tö. Sù «i chua cña dÇu mì: Do trong dÇu cã níc, vi sinh vËt vµ c¸c men thñy ph©n nªn trong qu¸ tr×nh b¶o qu¶n thêng ph¸t sinh nh÷ng biÕn ®æi lµm ¶nh hëng ®Õn mµu s¾c vµ mïi vÞ dÇu mµ ngêi ta gäi lµ sù «i chua cña dÇu mì. 1.1.5 C¸c chØ tiªu quan träng cña dÇu thùc vËt. [8,9,14,15] Cã mét sè chØ tiªu thêng ®îc dïng ®Ó ®¸nh gi¸ s¬ bé tÝnh chÊt cña dÇu thùc vËt (xem b¶ng 1.2). §©y thùc chÊt lµ nh÷ng chØ sè thu ®îc qua thùc nghiÖm trong phßng thÝ nghiÖm theo nh÷ng ph¬ng ph¸p ®îc quy ®Þnh chÆt chÏ: ChØ sè xµ phßng hãa: Lµ sè mg KOH cÇn thiÕt dïng ®Ó trung hßa vµ xµ phßng hãa hoµn toµn 1 g dÇu. Th«ng thêng dÇu thùc vËt cã chØ sè xµ phßng hãa kho¶ng 170 – 260. ChØ sè nµy cµng cao th× dÇu cµng chøa nhiÒu axit bÐo ph©n tö lîng thÊp vµ ngîc l¹i. B¶ng 1.2 : C¸c tÝnh chÊt vËt lý vµ hãa häc cña dÇu thùc vËt. §é Hµm ChØ sè nhít CÆn Hµm lîng ChØ sè xµ ®éng cac TrÞ NhiÖt lîng lu iot (g phßng häc bon, sè trÞ tro (% huúnh Iot/g hãa, (mm2/s (% xe- (MJ khèi (% dÇu) (mg t¹i khèi tan /kg) lîng) khèi KOH/ 311oK lîng) lîng) g dÇu) ) DÇu b«ng 33,7 0,25 33,7 39,4 0,02 0,01 113,20 207,71 DÇu híng 34,4 0,28 36,7 39,6 0,01 0,01 132,32 191,70 d¬ng DÇu võng 36,0 0,25 40,4 39,4 0,002 0,01 91,76 210,34 DÇu nµnh 28,0 0,24 27,6 39,3 0,01 0,01 156,74 188,71
- 17 - DÇu thÇu 33,1 0,24 38,1 39,6 0,006 0,01 69,82 220,78 dÇu DÇu l¹c 24,0 0,21 52,9 39.8 0,01 0,02 98,62 197,63 DÇu cä 34,2 0,22 34,5 39.8 0,01 0,01 102,35 197,56 DÇu h¹t 37,3 0,31 37,5 39,7 0,01 0,02 138,05 190,00 cao su ChØ sè axit: Lµ sè mg KOH cÇn thiÕt ®Ó trung hßa hÕt lîng chÊt bÐo tù do cã trong 1 g dÇu. ChØ sè axit cña dÇu thùc vËt thêng kh¸c nhau rÊt xa vµ còng kh«ng gi÷ nguyªn cè ®Þnh mµ thay ®æi trong qu¸ tr×nh b¶o qu¶n. DÇu cµng biÕn chÊt th× chØ sè axit cµng cao. ChØ sè Iot: Lµ sè gam iot t¸c dông hÕt víi 100 g dÇu mì (I2). ChØ sè iot biÓu thÞ møc ®é kh«ng no cña dÇu mì, chØ sè nµy cµng cao th× møc ®é kh«ng no cµng lín vµ ngîc l¹i. B¶ng 2 cho biÕt nh÷ng th«ng sè chung cña mét sè lo¹i dÇu thùc vËt: 1.1.6 Giíi thiÖu mét sè lo¹i dÇu th«ng dông. [1,8,9] a) DÇu cä: Cä lµ lo¹i c©y nhiÖt ®íi ®îc trång nhiÒu ë mét sè níc ch©u ¢u, T©y Phi, ch©u ¸...Tõ c©y cä cã thÓ s¶n xuÊt hai lo¹i dÇu lµ dÇu nh©n cä vµ dÇu cïi cä. DÇu nh©n cä cã mµu tr¾ng cßn dÇu cïi cä cã mµu vµng. Thµnh phÇn axit bÐo cña chóng còng kh¸c nhau. DÇu cïi cä lµ lo¹i thùc phÈm rÊt tèt dïng ®Ó ¨n trùc tiÕp hoÆc chÕ biÕn thµnh b¬ thùc vËt. DÇu cïi cä cã chøa nhiÒu caroten nªn ®îc dïng ®Ó chÕ biÕn tiÒn sinh tè A. DÇu cïi cä cã thÓ dïng ®Ó s¶n xuÊt xµ phßng hoÆc dïng trong nghµnh luyÖn kim. DÇu nh©n cä cã c«ng dông trong ngµnh thùc phÈm b¸nh kÑo vµ xµ phßng. C¶ hai lo¹i dÇu nµy ®Òu cã thÓ lµm nguyªn liÖu rÊt tèt ®Ó s¶n xuÊt biodiesel. b) DÇu ®Ëu nµnh: Khi tinh khiÕt cã mµu vµng s¸ng. Thµnh phÇn axit bÐo chñ yÕu lµ axit linoleic (50 – 57%) vµ axit oleic (23 – 29%). DÇu ®Ëu nµnh ®îc dïng nhiÒu vµo môc ®Ých thùc phÈm. DÇu nµnh tinh luyÖn ®îc dïng lµm nguyªn liÖu s¶n xuÊt macgarin. Tõ dÇu nµnh cã thÓ t¸ch ra lexetin dïng trong dîc phÈm vµ s¶n xuÊt b¸nh kÑo. DÇu ®Ëu nµnh cßn ®îc dïng ®Ó s¶n xuÊt s¬n, vecni, xµ phßng... vµ s¶n xuÊt biodiesel.
- 18 - c) DÇu së: C©y së lµ lo¹i c©y l©u n¨m ®îc trång nhiÒu ë vïng nhiÖt ®íi. ë níc ta, së ®îc trång ë c¸c tØnh trung du phÝa B¾c. Thµnh phÇn axit bÐo gåm axit oleic (> 60%), axit linoleic (15 – 24%) vµ axit palmitic (15 – 26%). DÇu së sau khi t¸ch saponin dïng lµm dÇu thùc phÈm rÊt tèt. DÇu së cßn ®îc dïng réng r·i trong c«ng nghiÖp xµ phßng vµ mü phÈm. DÇu së còng ®îc dïng ®Ó s¶n xuÊt biodiesel. d) DÇu b«ng: B«ng lµ lo¹i c©y trång mét n¨m. Trong dÇu b«ng cã chøa carotenoid vµ ®Æc biÖt lµ gossypol vµ c¸c dÉn suÊt cña nã lµm cho dÇu b«ng cã mµu ®Æc biÖt: mµu ®en hoÆc mµu sÉm. Gossipol lµ mét ®éc tè m¹nh. Ngêi ta dïng ph¬ng ph¸p tinh chÕ b»ng kiÒm hoÆc axit antranilic lµ cã thÓ t¸ch ®îc gossipol ®Ó chuyÓn thµnh dÇu thùc phÈm. Trong dÇu b«ng cã chøa nhiÒu axit bÐo no nh axit palmitic nªn ë nhiÖt ®é phßng nã ®· ë thÓ r¾n. B»ng c¸ch lµm l¹nh dÇu, ngêi ta cã thÓ t¸ch ®îc axit palmitic ®Ó s¶n xuÊt macgarin vµ xµ phßng. DÇu b«ng còng lµ nguyªn liÖu tèt ®Ó s¶n xuÊt biodiesel. e) DÇu dõa: Dõa lµ lo¹i c©y ®îc trång nhiÒu ë vïng §«ng Nam ¸, ch©u Phi vµ ch©u Mü Latinh. ë ViÖt Nam, dõa ®îc trång nhiÒu ë Thanh Hãa, Kh¸nh Hßa vµ Nam Trung Bé... Dõa lµ lo¹i c©y sinh trëng l©u n¨m thÝch hîp víi khÝ hËu nãng Èm cã thÓ trång ®îc ë c¸c vïng ®Êt mÆn, lî, chua... Trong dÇu dõa cã axit bÐo nh axit lauric (44 – 52%), axit myristic (13 – 19%), axit palmitic (7,5 – 10,5%). Hµm lîng c¸c chÊt bÐo kh«ng no rÊt Ýt. DÇu dõa ®îc dïng nhiÒu cho môc ®Ých thùc phÈm, cã thÓ s¶n xuÊt margarin vµ còng lµ nguyªn liÖu tèt ®Ó s¶n xuÊt biodiesel. f) DÇu híng d¬ng: Híng d¬ng lµ c©y hoa mét n¨m, hiÖn ®îc trång nhiÒu ë xø l¹nh nh ch©u ¢u, ch©u Mü, ch©u ¸ vµ ®Æc biÖt lµ ë Liªn X« cò (chiÕm 90% s¶n lîng toµn thÕ giíi). Lµ lo¹i c©y cã s¶n lîng dÇu cao vµ hµm lîng dÇu cao. DÇu híng d¬ng cã mïi ®Æc trng vµ cã mµu tõ vµng s¸ng tíi ®á. DÇu híng d¬ng chøa nhiÒu protein nªn lµ lo¹i thùc phÈm rÊt quý cho con ngêi, ®ång thêi còng lµ nguyªn liÖu rÊt tèt ®Ó s¶n xuÊt biodiesel. g) DÇu thÇu dÇu: Cßn gäi lµ dÇu ve ®îc lÊy tõ h¹t qu¶ cña c©y thÇu dÇu, ®îc trång nhiÒu ë vïng cã khÝ hËu nhiÖt ®íi nh Brazil (36%), Ên §é (6%), Trung Quèc, Liªn X« cò, Th¸i Lan... ë ViÖt Nam, thÇu dÇu ®îc trång nhiÒu ë vïng trung du B¾c Bé, Thanh Hãa, NghÖ An... Tuy nhiªn chóng ta vÉn ph¶i nhËp
- 19 - dÇu thÇu dÇu tõ Trung Quèc. Lµ lo¹i dÇu kh«ng kh«, chØ sè iot 80 – 90, tû träng cao, tan trong alkan, kh«ng tan trong x¨ng vµ dÇu háa. Do ®é nhít cao h¬n c¸c lo¹i dÇu kh¸c nªn ngay tõ ®Çu ®· ®îc dïng lµm chÊt b«i tr¬n, thËm chÝ ®îc chÕ biÕn thµnh dÇu nhên cao cÊp dïng cho ®éng c¬ m¸y bay, xe löa, c¸c m¸y cã tèc ®é cao vµ dïng lµ dÇu phanh. Nã cßn ®îc dïng trong nhiÒu lÜnh vùc kh¸c nh trong y tÕ dïng lµm thuèc tÈy, thuèc nhuËn trµng, dïng trong c«ng nghiÖp h¬ng liÖu vµ mü phÈm, dïng trong c«ng nghiÖp chÊt dÎo, lµm giÊy than, giÊy nÕn vµ mùc in, dÖt nhuém, thuéc da, s¶n xuÊt s¬n vµ ®Æc biÖt cã thÓ dïng ®Ó s¶n xuÊt biodiesel. h) DÇu h¹t cao su: §îc Ðp tõ h¹t c©y cao su. C©y cao su ®îc trång nhiÒu n¬i trªn thÕ giíi nh Ên §é, ch©u Phi, Nam Mü... ë níc ta, c©y cao su du nhËp vµo tõ thêi Ph¸p thuéc vµ trång nhiÒu ë c¸c tØnh miÒn §«ng Nam Bé. Chóng ®Æc biÖt thÝch hîp víi nh÷ng vïng ®Êt ®á. So víi c¸c lo¹i dÇu kh¸c th× dÇu h¹t cao su Ýt ®îc sö dông do hµm lîng axit bÐo rÊt lín. HiÖn nay ®· cã mét sè c«ng tr×nh nghiªn cøu dÇu h¹t cao su lµm mµng s¬n, chÊt b«i tr¬n, xµ phßng vµ tæng hîp biodiesel. Mçi lo¹i dÇu kh¸c nhau cã nh÷ng c«ng dông kh¸c nhau nhng nãi chung ®Òu cã thÓ ®îc dïng lµm nguyªn liÖu s¶n xuÊt biodiesel. Níc ta rÊt thÝch hîp ®Ó trång c¸c c©y lÊy dÇu nµy do vèn ®Çu t Ýt, thu ho¹ch nhanh, c«ng dông ®a d¹ng phong phó. NÕu ph¸t triÓn ®îc nghµnh dÇu thùc vËt víi s¶n lîng lín vµ æn ®Þnh sÏ lµ nguån nguyªn liÖu v÷ng ch¾c cho quy tr×nh s¶n xuÊt biodiesel.[15,16,17] 1.2. GIíI THIÖU VÒ DÇU H¹T CAO SU. [12,14,16,17] Trong sè rÊt nhiÒu lo¹i h¹t mang dÇu mµ ta ®· tõng biÕt, h¹t c©y cao su Ýt ®îc nãi ®Õn h¬n c¶. Cã lÏ lµ do c©y cao su ®îc trång chñ yÕu ®Ó thu ho¹ch mñ, sau n÷a lµ ®Õn gç, cßn h¹t cao su kh«ng cã gi¸ trÞ dinh dìng vµ còng bëi viÖc thu ho¹ch qu¶ ®Ó lÊy h¹t kh«ng ®îc thuËn tiÖn do qu¶ chÝn rông xuèng kh«ng theo mïa. PhÇn còng bëi so víi mñ vµ gç th× h¹t cao su cha t×m thÊy c«ng dông g×. H¬n thÕ n÷a, ngoµi viÖc dÇu h¹t cao su kh«ng thÓ ¨n ®îc, nã còng kh«ng lµm thøc ¨n cho gia sóc ®îc. Do vËy, nÕu sö dông ®Ó tæng hîp ra biodiesel th× sÏ cã ý nghÜa lín vÒ kinh tÕ vµ m«i trêng.
- 20 - 1.2.1 Vµi nÐt vÒ dÇu h¹t cao su: DÇu h¹t cao su (DHCS) ®îc Ðp tõ nh©n qu¶ cao su, trong ®ã nh©n qu¶ cao su chiÕm 50% khèi lîng qu¶. Hµm lîng dÇu chiÕm 40 – 60% khèi lîng h¹t. DHCS thuéc lo¹i dÇu b¸n kh«, lµ s¶n phÈm phô cña c©y cao su thiªn nhiªn. S¶n lîng trung b×nh cña DHCS lµ kho¶ng 260 lÝt/hecta. Gi¸ c¶ t¬ng ®èi rÎ h¬n c¸c lo¹i dÇu kh¸c. Trong khi dÇu h¹t b«ng th« 8000 ®/l, dÇu ®Ëu t¬ng th« 12000 ®/l, dÇu ve th« 20000 ®/l th× dÇu h¹t cao su th« chØ cã 4000 ®/l. NÕu nghiªn cøu t×m ra øng dông cho DHCS th× sÏ rÊt cã lîi vÒ kinh tÕ. Tuy nhiªn DHCS khã chÕ biÕn sö dông do nã cã chøa mét lîng lín axit bÐo tù do. ChØ sè axit cña nã lªn ®Õn 72 mg KOH/g, t¬ng ®¬ng hµm lîng axit bÐo tù do kho¶ng 35%. Thµnh phÇn axit bÐo tù do nµy ®îc nªu trong b¶ng 1.3: B¶ng 1.3 : Thµnh phÇn c¸c axit bÐo cña dÇu h¹t cao su. Axit bÐo Thµnh phÇn (% khèi lîng) Axit palmitic (C16) 7 Axit stearic (C18) 9 Axit arachidic (C20) 0,3 Axit oleic (C18:1) 30 Axit linoleic (C18:2) 30 – 50 Axit linolenic (C18:3) 2 – 23 §iÒu ®¸ng chó ý ®èi víi DHCS lµ cµng ®Ó l©u th× chØ sè axit cµng t¨ng. Së dÜ nh vËy lµ do nã chøa mét enzyme lµ lipaza cã kh¶ n¨ng xóc t¸c ph¶n øng thñy ph©n lµm t¨ng chØ sè axit trong qu¸ tr×nh b¶o qu¶n. V× vËy nÕu lµm s¹ch DHCS theo ph¬ng ph¸p th«ng thêng sÏ khã kh¨n vµ kh«ng kinh tÕ, lµm t¨ng gi¸ thµnh vµ gi¶m hiÖu suÊt dÇu tinh chÕ. Ngoµi ra, DHCS lµ triglyxerit víi hµm lîng axit bÐo chøa hai vµ ba nèi ®«i cao nªn dÔ bÞ oxy hãa vµ t¹o nhùa trong b¶o qu¶n hoÆc xö lý tinh chÕ. V× vËy cã thÓ nãi, DHCS lµ lo¹i dÇu thùc vËt chÊt lîng thÊp, h¹n chÕ vÒ øng dông thùc tÕ. Tõ c¸c ph©n tÝch trªn ®©y, râ rµng r»ng sö dông DHCS ®Ó tæng hîp c¸c s¶n phÈm th©n thiÖn m«i trêng sÏ më réng kh¶ n¨ng kinh tÕ cña DHCS vµ mang tÝnh ®Æc thï so víi c¸c dÇu thùc vËt kh¸c.
- 21 - 1.2.2 Tinh chÕ dÇu h¹t cao su kh«ng t¸ch axit tù do. [12,16,17] §Ó sö dông lµm nguyªn liÖu cho s¶n xuÊt nhiªn liÖu vµ c¸c s¶n phÈm b«i tr¬n, DHCS ®îc tinh chÕ ®Ó lo¹i bá c¸c t¹p chÊt h÷u c¬ nh flavonoid, saponin, alkaloid, xyanogenic glycoside, beta-caroten, sterol vµ phospholipit bá qua giai ®o¹n t¸ch axit bÐo. Qu¸ tr×nh cã tr×nh tù nh sau: - DÇu h¹t cao su th« ®îc läc ®Ó lo¹i bá t¹p chÊt c¬ häc. - Võa khuÊy trén võa thªm axit vµ níc vµo ®Ó thùc hiÖn ph¶n øng thñy ph©n. - B»ng ly t©m, t¸ch c¸c chÊt nhùa ra. - Thªm ®Êt sÐt ho¹t tÝnh, ®Ó l¾ng. - Läc ly t©m, lo¹i ®Êt sÐt ho¹t tÝnh. - Sau khi lµm kh«, thu ®îc dÇu h¹t cao su tinh chÕ. B¶ng 1.4 : Vµi chØ tiªu chÝnh cña DHCS ®· tinh chÕ. ChØ tiªu Gi¸ trÞ ChØ sè xµ phßng, mg KOH/g 185 – 190 ChØ sè axit, mg KOH/g 12 – 70 ChØ sè iot, g I2/100 g 125 – 145 §é nhít ë 100oC, cSt 3,5 – 4,5 §é nhít ë 40oC, cSt 34 – 39 Tû träng ë 15oC, g/ml 0,92 DÇu h¹t cao su tinh chÕ nh trªn ®©y cã thÓ sö dông vµo nhiÒu môc ®Ých kh¸c nhau nh s¶n xuÊt biodiesel, dÇu b«i tr¬n, mì b«i tr¬n, phô gia... Tuy nhiªn trong nh÷ng nghiªn cøu kh¸c, ngêi ta tiÕn hµnh tinh chÕ dÇu h¹t cao su chñ yÕu nh»m lo¹i bá hoÆc gi¶m thiÓu hµm lîng axit bÐo tù do. Trong luËn v¨n nµy, chóng t«i chñ yÕu ®i vµo nghiªn cøu xö lý dÇu h¹t cao su víi môc ®Ých h¹ axit bÐo tù do xuèng ®Õn hµm lîng 1 – 5%. ChØ khi ®¹t ®Õn hµm lîng axit bÐo tù do nh vËy th× dÇu h¹t cao su míi cã thÓ dïng lµm nguyªn liÖu cho tæng hîp biodiesel.