intTypePromotion=3

Tổng hợp Biodiesel từ dầu thực vật bằng phản ứng trao đổi Este

Chia sẻ: Phùng Văn Tùng | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:16

0
98
lượt xem
15
download

Tổng hợp Biodiesel từ dầu thực vật bằng phản ứng trao đổi Este

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Biodiesel (diesel sinh học) là loại nhiên liệu có thể tái sinh, được tổng hợp thông qua phản ứng chuyển hóa ester giữa dầu thực vật, mỡ động vật và một alcohol (methanol, ethanol,…). Biodiesel được xem là một trong những loại nhiên liệu thay thế nguồn nhiên liệu truyền thống đang có nguy cơ cạn kiệt. Bài báo này trình bày kết quả về việc tổng hợp biodiesel từ dầu đậu nành bằng các xúc tác nhằm góp phần xây dựng những cơ sở lý thuyết và kỹ năng điều chế tổng hợp biodiesel, xúc tác, khả năng đánh giá chất lượng xúc tác bằng phương pháp phân tích hóa lý hiện đại.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Tổng hợp Biodiesel từ dầu thực vật bằng phản ứng trao đổi Este

  1. TỔNG HỢP BIODIESEL TỪ DẦU THỰC VẬT BẰNG PHẢN ỨNG TRAO ĐỔI ESTE PHÙNG VĂN TÙNG, PHẠM VĂN LỘC, NGUYỄN THỊ TỐ QUYÊN, LÊ NHẤT THỐNG DHHO9A,Công nghệ hóa học, Trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh Email: vantungs294@gmail.com TÓM TẮT Biodiesel (diesel sinh học) là loại nhiên liệu có thể  tái sinh, được tổng hợp thông qua   phản   ứng   chuyển   hóa   ester   giữa   dầu   thực   vật,   mỡ   động   vật   và   một   alcohol   (methanol,   ethanol,…). Biodiesel được xem là một trong những loại nhiên liệu thay thế nguồn nhiên liệu   truyền thống đang có nguy cơ  cạn kiệt. Bài báo này trình bày kết quả  về  việc tổng hợp   biodiesel từ dầu đậu nành bằng các xúc tác  nhằm góp phần xây dựng những cơ sở lý thuyết   và kỹ năng điều chế tổng hợp biodiesel, xúc tác, khả  năng đánh giá chất lượng xúc tác bằng  phương pháp phân tích hóa lý hiện đại. ĐẶT VẤN ĐỀ         Biodiesel hay diesel sinh học là một loại nhiên liệu có tính chất tương đương với   nhiên liệu dầu diesel nhưng không phải sản xuất từ dầu mỏ mà được sản xuất từ dầu thực  vật hay mỡ động vật. Ngày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các nền kinh tế trên thế giới, các nguồn   tài nguyên thiên nhiên ngày càng bị cạn kiệt. Sự phát triển này cũng dẫn tới nhu cầu sử dụng   dầu mỏ rất mạnh mẽ, làm cho kinh tế toàn cầu cân bằng một cách mong manh. Thế giới đạ  bị lệ thuộc quá nhiều vào dầu mỏ ì tính dễ dùng của nó. Sự cạn kiệt của nguồn dầu thế giới   và sự quan tâm về môi trường ngày càng tăng đã dẫn đến sự  nghiên cứu à phát triển nguồn   năng lượng thay thế cho nguồn năng lượng có nguồn gốc từ dầu mỏ này. Biodiesel là một sự  thay thế đầy tiềm năng cho diesel dựa vào những tính chất tương tự và những ưu điểm vượt  trội của nó. Nguồn nguyên liệu để  sản xuất chủ yếu là từ dầu thực vật, nên chúng có những phẩm  chất của nguyên liệu thực vật như tính dễ  phân hủy, dễ  sản xuất và không có độc tính. Bởi  vậy khi sử dụng nhiên liệu sinh học không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn góp phần bảo  vệ  môi trường, sử  dụng tiết kiệm hơn nguồn tài nguyên đang dần cạn kiệt, góp phần đảm   bảo sự  phát triển bền vững. Đây chác chắn là xu hướng nhiên liệu của cả  thế  giới trong   tương lai. Và chúng ta cũng biết ngành  phụ gia nhiên liệu này thực sự là 1 thế  lực xuất khẩu lớn   của thế giới trong lĩnh vực này và chỉ  do 1 số ít công ty độc quyền. Hầu hết các tài liệu về  phụ  gia nằm dưới dạng patent và không công bố  rộng rãi.  Ở  Việt Nam chưa có nhiều các   công bố về phụ gia cho nhiên liệu, đặc biệt cho nhiên liệu sinh học. Việt Nam vẫn phải nhập  nhiên liệu cho hóa thạch. Phụ gia cho nhiên liệu sinh học chưa có. Và trong bối cảnh biến đổi  
  2. 2 toàn cầu, thế  giới đang nổ  lực tìm kiếm các giải pháp thay thế  các dạng năng lượng sạch,   năng lượng tái tạo và nhiên liệu sinh học và thế  mạnh của Việt Nam là lúa và thủy sản nên  ngày càng có nhiều các đồ  án hay và mang tính cấp thiết đang được nghiên cứu và sẽ  được  ứng dụng. TỔNG QUAN Biodiesel thương phẩm được điều chế từ phản ứng trao đổi este của dầu mỡ động vật   với ancol. Triglyxerit (TG) là thành phần chính trong dầu mỡ sẽ  phản  ứng với ancol để  tạo  thành metyl este của các axit béo (FAME) hay là biodiesel và glycerin. Phương trình phản ứng tổng quát biễu diễn như sau: Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng trao đổi este gồm có: Nguyên liệu (loại   dầu mỡ, thành phần axit béo và ancol), tỷ  lệ  mol dầu mỡ: ancol, loại xúc tác và hàm lượng  xúc tác, thời gian phản ứng và nhiệt độ phản ứng, mức độ khuấy trộn, hàm lượng nước trong   nguyên liệu, dung môi hữu cơ kết hợp. 1  PHƯƠNG PHÁP TIẾN HÀNH 1.1 Nguyên liệu hóa chất Nguyên  liệu  dầu  nành  Tường  An,   KOH   82%   (Trung  Quốc),   Al(OH) 3  (Trung  Quốc),  MeOH 90% (Trung Quốc), Acetone công nghiệp, giấy PH, PTSA, H2SO4 98% (Trung Quốc),  Na2CO3 (Trung Quốc) 1.2 Các phương pháp phân tích 1.2.1 Phân tích thành phần hóa học và tính chất nguyên liệu dầu đậu nành Tường An Xác định thành phần hóa học theo tiêu chuẩn AOAC 2012   (969.33), hàm lượng nước  theo tiêu chuẩn TCVN 6118: 1996. 1.2.2 Phân tích chất lượng mẫu Ɣ­Al2O3 và xúc tác KOH/ Ɣ­Al2O3 Mẫu γ­Al2O3 O3 và xúc tác KOH/ γ­Al2O3 được xác định các thông số kỹ thuật đặc trưng  bằng các phương pháp hóa lý hiện đại như  SEM, XRD tại Viện Hóa học hoặc các trường   Đại học KHTN hoặc Bách Khoa. 1.2.3 Phân tích chất lượng của biodiesel Chất lượng của biodiesel được xác định bằng các phương pháp theo quy định của tiêu  chuẩn ASTM 6751 và EN 14214.
  3. 3 1.2.4 Xác định tỷ trọng  Sơ đồ quy trình xác định tỷ trọng: Hình 1. Quy trình xác định tỷ trọng Công thức xác định tỷ trọng của mẫu biodiesel: Trong đó :  m0: tỷ trọng kế đã được xấy khô (cân chính xác đến 0.0001g) m1: khối lượng nước và nhớt kế được đổ đầy m2: khối lượng mẫu biodiesel và nhớt kế được đổ đầy 1.2.5 Xác định độ nhớt (ASTM D613) Công thức xác định độ nhớt động lực học của dầu mỡ và biodiesel: Trong đó: C: hằng số của nhớt kế sử dụng t: thời gian chảy của mẫu (s) v: độ nhớt động lực học của mẫu (mm2/s)  Bảng 1. Kích thước nhớt kế và hằng số của nhớt kế Cannon-Frenske Routine Kích Hằng số nhớt Giải độ nhớt thước kế (cSt/s) (cSt) nhớt kế 25 0,002 0,5-2 50 0,004 0,8-4 75 0,008 1,6-8 100 0,015 3-15 150 0,035 7-35 200 0,1 20-100 300 0,25 50-250 350 0,5 100-500 400 1,2 240-1200 450 2,5 500-2500 500 8 1600-8000 600 20 4000-20000 650 45 9000-45000 700 100 20000-100000
  4. 4 1.2.6 Xác định lượng axit béo tự do Công thức xác định chỉ số axit của dầu mỡ hay biodiesel: Trong đó: Av: chỉ số axit (mg KOH/g) VKOH: thể tích KOH dùng để chuẩn độ (ml) m: khối lượng mẫu đem chuẩn độ (g) Hình 2. Quy trình Xác định lượng axit béo tự do 1.2.7 Nhiệt độ chớp cháy cốc hở Dùng  ống đong lấy chính xác 50ml mẫu cho mẫu vào cốc chứa mẫu. Mẫu không được  có bọt khí trong suốt quá trình thử nghiệm. Dùng giấy thấm lao khô vành cốc. Đặt cốc chứa mẫu lên thiết bị gia nhiệt, lắp nhiệt kế sao cho bầu nhiệt chế phải ngập   trong mẫu thử. Tiến hành tăng nhiệt độ  lên từ từ với tốc độ  khoảng từ 10­12 oC/phút ( điểm chớp cháy  dự kiến lớn hơn 150oC), khi cách điểm chớp cháy dự kiến khoảng 30oC thì giảm tốc độ tăng  nhiệt độ còn 2oC/phút và châm lửa mồi, điều chỉnh ngọn lửa mồi đến kích thước tiêu chuẩn. Khi hơi của mẫu thử trong cốc chớp cháy xuất hiện ngọn lửa chớp cháy màu xanh thì   ghi lại nhiệt độ này. Nhiệt độ chớp cháy ghi nhận được của mẫu biodiesel là 163oC. Mẫu biodesel thu được xếp vào loại không dễ cháy an toàn cho việc vận chuyển và tồn  trữ. 1.3 Xúc tác 1.3.1 Xúc tác đồng thể Xúc tác đồng thể là loại xúc tác cùng pha lỏng với tác chất.  Xúc tác bazơ  đồng thể NaOH hoặc KOH thưởng được sử  dụng cho sản xuất biodiesel   công nghiệp từ dầu thực vật vì hàm lượng FFA và nước thấp. Axit được nghiên cứu sử  dụng làm xúc tác cho phản  ứng điều chế  biosiesel là HCL,   H2SO4, H3PO4 và sulfonic của axit hữu cơ như p­toluen sulfonic. Xúc tác axit cho hiệu suất cao   nhưng đòi hỏi tỷ  lệ  alcol : dầu mỡ lớn, nhiệt độ  phản  ứng cao, thời gian phản  ứng rất dài   hơn xúc tác bazơ. Ở bài báo này sử dụng các xúc tác đồng thể KOH, PTSA, H2SO4.
  5. 5 1.3.2 Xúc tác dị thể Xúc tác dị thể là loại xúc tác khác pha với các tác chất. Xúc tác dị thể cho phản ứng điều   chế biodiesel là hướng mới đang được tập trình nghiên cứu nhằm đơn giản hơn quá trình tách  rửa và tinh chế sản phẩm, giảm ô nhiểm môi trường. Ở bài báo này sử dụng xúc tác dị thể là:  Na2CO3, KOH/γ­Al2O3. 1.3.3 Điều chế xúc tác dị thể KOH/γ­Al2O3 Hình 4. Quy trình điều chế xúc tác dị thể KOH/ γ-Al2O3 Chất mang γ­Al2O3 được điều chế bằng cách nung 25g Al(OH) 3 ở 650oC trong 6 giờ, xúc  tác KOH/  γ­Al2O3được điều chế  bằng phương pháp ngâm tẩm theo quy trình như  sau: cân  chính xác 1.6g KOH cho vào cốc thủy tinh, hòa tan KOH với lượng nước cất vừa đủ, sau đó  cân chính xác 4g  γ­Al2O3 cho từ từ, đặt cốc thủy tinh trên bếp khuấy từ, khuấy đều ở  nhiệt   độ trong phòng trong 3 giờ sau đó xúc tác được sấy sơ bộ trong tủ sấy 3 giờ ở 120 oC chuyển  xúc tác vào lọ thủy tinh nhỏ có nắp đậy, lưu giữ xúc tác KOH/ γ­Al2O3. 1.4 Các phương pháp tổng hợp biodiesel 1.4.1 Tổng hợp biodiesel bằng xúc tác đồng thể Hình 5. Quy trình tổng hợp biodiesel bằng xúc tác đồng thể Sử  dụng các xúc tác KOH, PTSA, H2SO4  với mỗi xúc tác sẽ  có nhiệt độ  và thời gian  khuấy khác nhau. Bảng 2. Nhiệt độ, thời gian của xúc tác Xúc tác Nhiệt độ (oC) Thời gian khuấy KOH 50 50 phút PTSA 68 6 giờ 1.4.2 Tổng hợp biodiesel bằng xúc tác dị thể Đối   với   xúc   tác   Na2CO3  ta  tiến hành giống xúc tác đồng thể  ở   mục   1.4.1   với   nhiệt   độ   68oC  trong 6 giờ. Tổng hợp biodiesel bằng xúc  tác KOH/ γ­Al2O3 Hình 6 . Quy trình tổng hợp biodiesel bằng xúc tác KOH/ γ-Al2O3 Xúc   tác   KOH/γ­Al2O3  sau  phản  ứng được lọc tách ra khỏi 
  6. 6 hỗn hợp lỏng. Sau đó đem sấy khô và nung ở 7000C để đốt cháy toàn bộ các chất hữu cơ bám  trên xúc tác thành CO2 và H2O.  Nhiệt độ nung sau khi thu hồi cũng rất quan trọng, trong quá trình sau khi nung xúc tác bị  đen là do có khả  năng còn lẫn tạp chất, nhiệt độ nung không đạt, phải nung  ở 7000C thì xúc  tác mới trở lại màu trắng như ban đầu. Tỷ trọng biodiesel tái sử dụng thứ 2 và 3 khá cao gần  với tỷ  trọng của dầu ăn, như  vậy khả  năng tái sinh của xúc tác chỉ  có thể  đạt tối đa đến 2   hoặc 3 lần. 2 KẾT QUẢ 2.1 Kết quả phân thích mẫu dầu đậu nành Tường An Bảng 3. Thành phần axit béo của dầu đậu nành Tường An Thành phần Hàm lượng Nước (H2O) 0.03/100g Palmitic : R=-(CH2)14-CH3 (16:0) 40.7 % Stearic: R=-(CH2)16-CH3 (18:0) 3.3 % Oleic: R=-(CH2)7CH=CH(CH2)7CH3 (18:1) 42.9 % Linoleic : R=-(CH2)7CH=CH-CH2-CH=CH(CH2)4CH3 (18:2) 10,9 % Mẫu được đo tại Trung tâm dịch vụ  phân tích thí nghiệm (Sở  Khoa học và Công nghệ  Tp.HCM). Tính toán mức độ không no và khối lượng phân tử trung bình của dầu nguyên liệu: Palmitic : R=­(CH2)14­CH3  (16:0) => C16H32O2 (M=256) Stearic: R=­(CH2)16­CH3   (18:0)  =>C18H36O2 (M= 284) Oleic: R=­(CH2)7CH=CH(CH2)7CH3   (18:1) => C18H34O2 (M=282) Linoleic : R=­(CH2)7CH=CH­CH2­CH=CH(CH2)4CH3   (18:2) =>C18H32O2 (M=280) Khối lượng trung bình của dầu mỡ nguyên liệu: Mtb=  = = 270.981 M dầu ăn = (270.9813­1)*3+(12*3)+5 = 850.943 Bảng 4. Xác định các thông số kỹ thuật cơ bản của dầu đậu nành Tường An Tỷ  Chỉ số axit Av Độ  trọn nhớt (mg KOH/g) g Thời  Độ  m0(g) m1(g) m2(g) Tỷ  TB m(g) V(ml) Av
  7. 7 gian nhớt trọng Phút Giây Độ nhớt TB 7 20 44.0 17.56 27.86 26.93 0.913 2.0 0.5 1.40 44.2 0.925 7 24 44.4 17.56 27.86 26.95 0.911 2.0 0.6 1.68 2.2 Kết quả phân tích mẫu Biodiesel Bảng 5. Các thông số cơ bản của dầu ăn Tường An, biodiesel tổng hợp bằng xúc tác đổng thể, dị thể và biodiesel tiêu chuẩn Thông số kỹ Dầu ăn Biodiesel sử dụng các xúc tác thuật Tường An KOH Na2CO3 KOH/ KOH/ thu hồi Tỷ trọng 0.925 0.874 0.867 0.877 0.878 Độ nhớt 40OC, 44.2 4.732 5.16 4.65 4.905 cst Chỉ số axit Av, 1.54 0.77 0.91 0.71 0.86 mg KOH/g Hiệu suất thô 73.39 62.92 67.99 64.26 % Qua các thông số ở bảng 6 ta có thể thấy hiệu suất và độ nhớt của biodiesel sử dụng xúc tác KOH là nhỏ nhất so với khi sử dụng các xúc tác, KOH/Al2O3, Na2CO3 và dầu ăn, các thông số như tỷ trọng, độ nhớt, chỉ số axit cũng gần giống với biodiesel chuẩn hơn khi sử dụng các xúc tác khác. 2.2.1 Khảo sát phản ứng tổng hợp biodiesel với xúc tác đồng thể bazơ (KOH) và axit  (PTSA, H2SO4 ) Kết quả  cho thấy các xúc tác đổng thể  bazơ, axit đều có hoạt tính cao với  trong phản  ứng methanol phân dầu mỡ. Khi dùng xúc tác đồng thể  bazơ  sẽ  tạo ra biodiesel có các thông số  gần giống với   biodiesel chuẩn hơn khi dùng xúc tác đồng thể  axit, tuy nhiên khi dùng loại xúc tác này dễ  xảy ra sự tạo thành xà phòng làm giảm hiệu suất sử dụng của sản phẩm. Đối với xúc tác đồng thể axit khi sử dụng sẽ tránh được sự tạo thành xà phòng của xúc  tác bazơ, cho ra hiệu suất cao hơn 90% nhưng đòi hỏi nhiệt độ phản ứng cao, thời gian phản   ứng dài hơn rất nhiều so với xúc tác bazơ. Mặc dù có nhiều  ưu điểm nhưng khi sử dụng xúc tác đồng thể  giai đoạn tách rửa sản  phẩm khó khăn, lượng nước thải ra môi trường lớn, xúc tác không thu hồi được làm tăng giá  thành sản phẩm. Cơ chê phan  ́ ̉ ứng trao đôi este băng xuc tac KOH ̉ ̀ ́ ́ ̣ ̀ ̉ ưng cua phân t Giai đoan 1: Đâu tiên la phan  ̀ ́ ̉ ử rượu vơi xuc tac bazo tao metoxit ion. ́ ́ ́ ̣
  8. 8 ̣ Giai đoan 2: Sau đo gôc CH ́ ́ ̉ 3O  tân công vao nhom cacbonyl cua phân t ­ ́ ̀ ́ ử triglixerit tao h ̣ ợp   chât trung gian. ́ ̣ Giai đoan 3: H ợp chât trung gian nay không bên tiêp tuc tao môt anion va môt metyl este ́ ̀ ̀ ́ ̣ ̣ ̣ ̀ ̣   tương ưng  ́ ̣ ̉ ưng gi Giai đoan 4: Phan  ́ ưa anion va methanol ̃ ̀ ̣ ́ ̣ ̉ ưng v Sau đo xuc tac KOH  lai tiêp tuc phan  ́ ́ ́ ́ ơi ŕ ượu tao metoxit ion, cac ion nay phan  ̣ ́ ̀ ̉ ưng ́   vơi cac diglyxerit va monoglyxerit nh ́ ́ ̀ ư cơ chê trên. Cuôi cung tao thanh metyl este va glyxerin. ́ ́ ̀ ̣ ̀ ̀ Cơ chê phan  ́ ̉ ứng trao đôi este băng xuc tac chuyên pha PTSA ̉ ̀ ́ ́ ̉ Theo cơ chế ái nhân đầu acid sunfunic kết hợp với gốc R (CH3 +) của methanol. Đầu còn lại toluen của para toluen sunfunic acid  có tính chất tan trong dầu kết hợp dầu   ăn làm cho hệ phản ứng tạo hệ đồng nhất. Cơ chê phan  ́ ̉ ứng trao đôi este s ̉ ử dung xuc tac axit ̣ ́ ́ Giai   đoaṇ   1:   Đâù   tiên   diên ̃   ra   quá  trinh ́   cacbonyl   cuả   este   thanh ̀   proton   hoá   nhom ̀   cacbocation nhơ H ̀ .+ ̣ Giai đoan 2: Sau đo phân t ́ ử rượu se găn vao tao ra h ̃ ́ ̀ ̣ ợp chât trung gian co câu truc t ́ ́ ́ ́ ứ diên. ̣   ̣ Giai đoan 3: H ợp chât trung gian nay se tach phân t ́ ̀ ̃ ́ ử diglixeric ra đê hinh thanh nên este , ̉ ̀ ̀   ̉ giai phong H ́ + ́ ̣ ́ ̀ h nhơt cua dâu ăn cao h  tiêp tuc qua trin ́ ̉ ̀ ơn xuc tac.  ́ ́ Theo   cơ   chế  nay, ̀   cać   acid   cacboxylic   có  thể   được   hinh ̀   nhờ  phan̉   ưng ̀   thanh ́   cuả   cacbocation vơi n ́ ươc hinh thanh trong hôn h ́ ̀ ̀ ̃ ợp phan  ̉ ưng. Vi thê phan  ́ ̀ ́ ̉ ứng nên được tiên hanh ́ ̀   ́ ươc nhăm giam b khi không co n ́ ̀ ̉ ơt s ́ ự canh tranh tac nhân cacbocation vi đây la nhân tô côt loi ̣ ́ ̀ ̀ ́ ́ ̃  ̉ ̀ đê hinh thanh nên metyl este. ̀
  9. 9 2.2.2 Khảo sát phản ứng tổng hợp biodiesel với xúc tác dị thể 100 80 Transmittance [%] 40 60 20 0 3205.43 1657.12 1403.29 1386.46 3375.46 1060.34 631.04 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 Wavenumber cm-1 D:\NGAY 04.04.2017\KOH-Al2O3(SV2)\KOH.30 gama Al2O3-KOH (3) 05/04/2017 Page 1/1 Hinh 6. IR của xúc tác KOH/γ-Al2O3 trước phản ứng Khi dùng xúc tác dị thể  KOH/γ­Al2O3  sẽ tạo ra biodiesel có các thông số gần giống với   biodiesel chuẩn hơn khi dùng xúc tác dị thể  Na2CO3. Xúc tác dị thể KOH/γ­Al2O3 là hệ xúc tác  mới dễ  điều chế, hoạt tính cao trong phản  ứng metanol phân dẫu mỡ, có nhiều khả  năng  triển khai sản xuất biodiesel công nghiệp. Xúc tác sau khi sử dụng có thể  thu hồi góp phần  hạn chế lượng nước thải ra môi trường, làm tăng giá thành sản phẩm. Hiệu xuất thu hồi xúc  tác KOH/γ­Al2O3 trung bình là 90%, vì khi rửa và lọc sẽ bị hao hụt đi một phần xúc tác . Xúc  tác  KOH/γ­Al2O3  thu hồi cũng có hoạt tính khá trong phản  ứng metanol phân dầu mỡ  góp   phần hạ giá thành sản phẩm và hạn chế chất thải gây ảnh hưởng đến môi trường.
  10. 10 Kết quả phân tích mẫu γ­Al2O3và xúc tác KOH/γ­Al2O3 100 80 Transmittance [%] 40 60 20 0 3442.13 1638.93 1501.99 1399.10 2360.66 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 Wavenumber cm-1 D:\NGAY 04.04.2017\KOH-Al2O3(SV2)\gamaAL2O3 (thu hoi lan 1).29 gama Al2O3-KOH (3) 05/04/2017 Page 1/1 Hình 7. IR của KOH/γ- γ-Al2O3 thu hồi lần 1 Kết quả IR cho thấy so với IR của   γ­Al2O3ban đầu thì IR  γ­Al2O3  sau khi tẩm KOH có  xuất hiện peak lạ và so sánh sự thay đổi IR của γ­Al2O3 và KOH/ γ­Al2O3 cho biết được là sau  khi tẩm KOH vào  γ­Al2O3  thì KOH có tồn tại và bám dính trên  γ­Al 2O3. So sánh IR KOH/γ­ Al2O3 sau phản  ứng ta thấy các peak KOH xuất hiện không còn nữa mà xuất hiện rất nhiều   peak, peak của γ­Al2O3 cũng giảm đi chứng tỏ sau khi phản ứng lượng KOH đã bị ra khỏi bề  mặt của chất mang γ­Al2O3, và có thể trong quá trình phản ứng γ­Al2O3 đã bị phá vỡ cấu trúc.
  11. 11 2.2.3 Phân tích biodiesl khi sử dụng xúc tác KOH Khối phổ phân tích mẫu khi sử dụng xúc tác KOH ta thấy: Đường peak hình bên trái là thời gian lưu giá trị  các đường peak là 16.904, 18.680 và  20.074.
  12. 12 Hình bên phải: hình ảnh khối cao nhất là dodecane, phần nềm của GC/MS nó giống như  là một thư viện hình ảnh dùng để nhận ra các chất chưa biết tồn tại trong hỗn hợp mẫu. Thư  viện này có thể  so sánh hình  ảnh khối từ  thành phần của mẫu với hình  ảnh khối trong thư  viện của máy. Bảng 5: Tra số liệu GCMS RT Area (%) Name 16,738 30,66 Hexadecanoic acid, methyl ester 9-octadecenoic acid, methyl 18,468 68,18 ester 18,557 1,16 Methyl stearate
  13. 13 2.2.4 Phân tích biodiesel khi sử dụng xúc tác Na2CO3 Khối phổ phân tích mẫu khi sử  dụng xúc tác Na2CO3 ta thấy:
  14. 14 Đường peak hình bên trái là thời gian lưu giá trị các đường peak là 16.738, 18.468 và  18.557. Hình bên phải: hình ảnh khối cao nhất là dodecane, phần nềm của GC/MS nó giống như  là một thư viện hình ảnh dùng để nhận ra các chất chưa biết tồn tại trong hỗn hợp mẫu. Thư  viện này có thể so sánh hình ảnh khối từ thành phần của mẫu với hình ảnh khối trong thư  viện của máy. Như vậy ta có thể thấy hai mẫu biodiesel với hai loại xúc tác khác nhau thì phổ GCMS  khác nhau (thời gian lưu và hàm lượng các chất bên trong mẫu). Bảng 5: Tra số liệu GCMS RT Area (%) Name 16,738 30,66 Hexadecanoic acid, methyl ester 9-octadecenoic acid, methyl 18,468 68,18 ester 18,557 1,16 Methyl stearate 2.2.5 Phân tích biodiesel khi sử dụng xúc tác KOH/γ­Al2O3 Phổ  IR của biodiesel điều chế bằng xúc tác KOH/γ­Al 2O3  có hai vân nhọn hấp thụ với   cường độ  mạnh  ở  tần số  2854.2 và 2925.2 cm­1 đặc trưng cho dao động liên kết của các  nhóm –CH3, >CH2. Vân nhọn hấp thụ cường độ mạnh ở 1744.0 cm ­1 đặc trưng của dao động  liên kết của nhóm este no. Vân nhỏ hấp thụ mạnh ở vùng 1436 ÷ 1470 cm­1 đặc trưng của dao  động biến dạng đối xứng –CH. Vân nhỏ  hấp thụ  mạnh  ở  vùng 1245 ÷ 1362 cm ­1 đặc trưng  của dao động liên kết của nhóm –OH. Vân nhỏ hấp thụ ở  vùng 1016 ÷ 1200 cm ­1 tương ứng  với dao động của liên kết C–O–. Vân nhỏ hấp thụ mạnh ở vùng 722 ÷ 882 cm ­1 đặc trưng cho  liên kết =C–H. Ngoài ra còn có 1 vân nhỏ   ở  3005.5 đặc trưng cho dao động liên kết H nội   phân tử. Kết quả phân tích phổ IR cho thấy sản phẩm biodiesel điều chế có thành phần là các  metyl etser, methanol, triglixerit do quá trình tách, rửa sản phầm chưa loại bỏ được hoàn toàn   tuy nhiên đã tách được nước triệt để.
  15. 15 Hình 10. Phổ IR của biodiesel điều chế bằng xúc tác KOH/γ­Al2O3 2.2.6  Phân tích biodiesel khi sử dụng xúc tác KOH/γ­Al2O3 Phổ  IR của biodiesel điều chế  bằng xúc tác KOH/γ­Al2O3 thu hồi có hai vân nhọn hấp  thụ với cường độ mạnh ở tần số 2854.0 và 2925.1 cm­1 đặc trưng cho dao động liên kết của  các nhóm –CH3, >CH2. Vân nhọn hấp thụ  cường độ  mạnh  ở  1745.4 cm ­1 đặc trưng của dao  động liên kết của nhóm ester no. Vân nhỏ  hấp thụ  mạnh  ở  1436.9 cm ­1 đặc trưng của dao  động biến dạng đối xứng –CH. Vân nhỏ hấp thụ mạnh ở 1376.8 cm ­1 đặc trưng của dao động  liên kết của nhóm –OH. Vân nhỏ  hấp thụ   ở  vùng 1117 ÷ 1170 cm­1 tương  ứng với dao động  của liên kết C–O–. Vân nhỏ hấp thụ mạnh ở 722.6 cm­1 đặc trưng cho liên kết =C–H. Ngoài  ra còn có 1 nhỏ ở 3007.0 đặc trưng cho dao động liên kết H nội phân tử, 1 vân rộng ở 3472.1   đặc trưng của dao động H2O ẩm. Kết quả phân tích phổ IR cho thấy sản phẩm biodiesel điều  chế  có thành phần là các metyl etse, methanol, triglixerit, nước do quá trình tách, rửa sản   phầm chưa sạch. 3 KẾT LUẬN Qua bài báo này rút ra được một số kết luận sau:
  16. 16 Đã xác định thành phần hóa học và tính chất hóa lý của nguyên liệu dầu vỏ  đậu nành  Tường An trước khi tham gia phản ứng trao đổi este. Đã tiến hành thực nghiệm phản  ứng tổng hợp biodiesel sử dụng các loại xúc tác đồng  thể, dị thể. Đã xác định thành phần hóa học và tính chất hóa lý của biodiel tổng hợp được. Đã sử dụng 3 loại xúc tác đồng thể (KOH, PTSA, H2SO4), 2 loại xúc tác dị thể Na2CO3,  KOH/γ­Al2O3) trong phản  ứng tổng hợp biodiesel từ dầu đậu nành Tường An. Các kết quả  thu được cũng khẳng định hoạt tính rất cao của các loại xúc tác này, hiệu suất chuyển hóa  biodiesel có thể đạt đến 82 ÷ 93 %  (H2SO4, PTSA, KOH). Tuy nhiên sử dụng xúc tác xúc tác  đồng thể giai đoạn tách rửa sản phẩm khó khăn, lượng nước thải ra môi trường lớn, xúc tác  không thu hồi được làm tăng giá thành sản phẩm, đặc biệt đối với xúc tác axit đòi hỏi thời  gian phản ứng dài. Còn đối với xúc tác dị thể ta thấy hiệu suất không cao bằng xúc tác đồng   thể  nhưng các thông số  biodiesel sản phẩm gần với biodiesel chuẩn hơn đặc biệt khi dùng   xúc tác KOH/γ­Al2O3. Hiệu suất của xúc tác KOH/γ­Al2O3 (72.54%) thấp hơn Na2CO3 (83%)  nhưng các thông số  của biodiesel thành phẩm khi sử dụng  xúc tác KOH/γ­Al2O3 chuẩn hơn,  gần với biodiesel chuẩn hơn khi dùng xúc tác Na2CO3 do xúc tác KOH/γ­Al2O3 đã phản  ứng  tốt hơn nhờ có chất mang dị thể. Và xúc tác KOH/γ­Al2O3 sau khi thu hồi cũng có hoạt tính  khá cao, điều này góp phần hạn chế lượng nước thải ra môi trường, làm giảm giá thành sản   phẩm. Với các ưu điểm dễ điều chế, hoạt tính cao trong phản ứng methanol phân dầu mỡ và   có thu hồi tái sử dụng thì ta có thể rút ra kết luận xúc tác  KOH/γ­Al2O3 rất có khả năng triển  khai sản xuất biodiesel công nghiệp. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Lê Thị  Thanh Hương, Phân tích biodiesel, Tuyển tập các công trình “Hội nghị  khoa  học và công nghệ Hóa học Hữ  2. Lê Thị  Thanh Hương, Phan Minh Tân, Trần Thị  Việt Hoa, Biodiesel production from   fat of tra catfish with KOH catalyst assisted by microwave, T ạp chí Hóa học, 47(2A), 447­452   (2009). u cơ” toàn quốc lần thứ IV, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, 618­623 (2007). 3. Lê Thị Thanh Hương, Phan Minh Tân, Trần Thị Việt Hoa, Biodiesel from Tra fat with  methanol using KOH/γ­Al2O3 catalyst assisted microwave, T ạp chí Hóa học, 47(4A), 113­118  (2009). 4. Lê Thị  Thanh Hương, Phan Minh Tân, Trần Thị Việt Hoa, Điều chế  biodiesel từ mỡ  cá tra xúc tác dị  thể  KOH/γ­Al2O3 (Sắp đăng Tạp chí Khoa học và Công nghệ, Viện Khoa   học và Công nghệ Quốc gia) 5. Lê Thị Thanh Hương, Phan Minh Tân, Trần Thị Việt Hoa, Biodiesel from Tra fat with  methanol using KOH catalyst assisted ultrasonic, Tạp chí Hóa học, 47(4A),101­106 (2009). 6. Hồ  Sỹ  Thoảng – Giáo trình xác tác dị  thể. Nhà xuất bản Đại học Bách khoa Thành  phố Hồ Chí Minh, 2007.
ADSENSE
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản