MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN

DANH MỤC CÁC BẢNG TRONG LUẬN VĂN

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ TRONG LUẬN VĂN

DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ TRONG LUẬN VĂN

Mở đầu 1

Chương I: Tổng quan lý thuyết 3

1.1. Nhiên liệu diesel 3

1.1.1. Khái quát về nhiên liệu diesel 3

1.1.2 Nhiên liệu diesel khoáng và vấn đề ô nhiễm môi trường 7

1.2. Nhiên liệu sinh học và biodiesel 9

1.2.1 Nhiên liệu sinh học 9

1.2.2 Khái niệm biodiesel 9

1.2.3 Tình hình nghiên cứu, sản xuất và sử dụng biodiesel trên thế giới và ở Việt Nam 10

1.2.4 Quá trình tổng hợp biodiesel 13

1.2.5 Yêu cầu chất lượng nhiên liệu biodiesel 22

1.3. Tổng quan về các loại dầu, mỡ làm nguyên liệu cho quá trình tổng hợp biodiesel 24

1.3.1. Thành phần hóa học của dầu thực vật và mỡ động vật 25

1.3.2 Một số tính chất của dầu, mỡ động thực vật 25

1.3.3 Giới thiệu về dầu ăn phế thải và mỡ cá 29

1.4 Giới thiệu về xúc tác MgSiO3 31

Chương II: Thực nghiệm và các phương pháp nghiên cứu 32

2.1 Phân tích các tính chất của dầu ăn phế thải và mỡ cá 32

2.1.1 Xác định chỉ số axit (TCVN 6127 - 1996) 32

2.1.2 Xác định chỉ số xà phòng ( TCVN 6126 - 1996 ) 33

2.1.3 Xác định chỉ số iốt (TCVN 6122 – 1996) 33

2.1.4 Xác định hàm lượng nước (TCVN 2631 - 78) 35

2.1.5 Xác định tỷ trọng của dầu thải (ASTM D 1298) 35

2.1.6 Xác định độ nhớt (ASTM D 445) 36

2.1.7 Xác định hàm lượng cặn rắn (ASTM – D2709) 36

2.1.8 Xác định hàm lượng muối ăn trong dầu thải (TCVN 3973 - 84) 37

2.1.9 Xác định màu của dầu thải 37

2.2 Xử lý, tinh chế dầu ăn phế thải và mỡ cá 38

2.3 Điều chế xúc tác 40

2.4 Các phương pháp xác định đặc trưng xúc tác 40

2.4.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD-X Ray Diffraction) nghiên cứu định tính cấu trúc pha tinh thể 41

2.4.2 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 42

2.4.3 Phương pháp xác định độ bền cơ (bền nén) 42

2.5 Tổng hợp biodiesel 43

2.5.1 Tiến hành phản ứng 43

2.5.2 Tinh chế sản phẩm 44

2.5.3 Tính toán độ chuyển hóa của phản ứng 45

2.6 Phân tích chất lượng biodiesel 46

2.6.1 Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại IR 46

2.6.2. Phương pháp sắc ký khí khối phổ (GC - MS) 46

2.6.3 Phân tích các chỉ tiêu chất lượng của nhiên liệu biodiesel 48

2.7 Xác định hàm lượng khói thải 49

2.8 Nghiên cứu tái sử dụng và tái sinh xúc tác 49

2.8.1 Nghiên cứu tái sử dụng xúc tác 49

2.8.2 Nghiên cứu tái sinh xúc tác 50

2.9 Đánh giá chất lượng glyxerin thu được 50

Chương III: Kết quả và thảo luận 51

3.1 Kết quả phân tích chỉ tiêu chất lượng dầu thải và mỡ cá 51

3.2 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trung hòa dầu mỡ 52

3.2.1 Ảnh hưởng của tác nhân trung hoà đến hiệu suất tạo dầu, mỡ trung tính và chỉ số axit 52

3.2.2 Ảnh hưởng của hàm lượng NaOH dư đến hiệu suất tạo dầu, mỡ trung tính và chỉ số axit 54

3.2.3 Ảnh hưởng của số lần rửa đến hiệu suất tạo dầu, mỡ trung tính 55

3.2.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ nước rửa đến hiệu suất thu hồi dầu, mỡ 55

3.3 Chất lượng của dầu thải và mỡ cá sau xử lý 56

3.4 Nghiên cứu chế tạo xúc tác MgSiO3 57

3.4.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến hoạt tính xúc tác 57

3.4.2 Ảnh hưởng của thời gian nung đến hoạt tính xúc tác 58

3.5 Các đặc trưng của xúc tác MgSiO3 điều chế 59

3.5.1 Phổ nhiễu xạ tia X (XRD) 59

3.5.2 Ảnh SEM của xúc tác MgSiO3 đã chế tạo 60

3.6 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp biodiesel từ dầu thải và mỡ cá trên xúc tác MgSiO3 61

3.6.1 Ảnh hưởng của thời gian phản ứng 61

3.6.2 Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác 62

3.6.3 Ảnh hưởng của tỷ lệ metanol/dầu 63

3.6.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng 64

3.7 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình làm sạch biodiesel 65

3.7.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ nước rửa 66

3.7.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ thể tích nước rửa/biodiesel 66

3.7.3 Ảnh hưởng của tốc độ khuấy trộn 67

3.8 Đánh giá chất lượng sản phẩm thu được 67

3.8.1 Xác định cấu trúc sản phẩm 67

3.8.2 Xác định các chỉ tiêu chất lượng sản phẩm 71

3.9 Xác định hàm lượng khói thải 72

3.9.1 Ảnh hưởng của nhiên liệu đến công suất động cơ 72

3.9.2 Xác định hàm lượng CO trong khói thải của động cơ ở các tốc độ khác nhau 73

3.9.3. Xác định hàm lượng NOx trong khói thải của động cơ ở các tốc độ khác nhau 74

3.9.4 Xác định hàm lượng CO2 trong khói thải của động cơ ở các tốc độ khác nhau 75

3.9.5 Xác định hàm lượng hydrocacbon (RH) trong khói thải của động cơ ở các tốc độ khác nhau 76

3.10 Thu hồi glyxerin 77

3.11 Nghiên cứu khả năng tái sử dụng, tái sinh xúc tác 80

Kết luận 82

Hướng phát triển của đề tài 83

Tài liệu tham khảo 84

Tóm tắt

“NGHIÊN CỨU CHUYỂN HÓA DẦU ĂN PHẾ THẢI VÀ MỠ CÁ THÀNH BIODIESEL TRÊN XÚC TÁC DỊ THỂ”

Tóm tắt

Biodiesel là hỗn hợp các mono alkyl este của các axit béo có trong dầu thực vật, hay mỡ động vật. Nguồn nhiên liệu này có ưu điểm nổi bật là làm giảm một cách đáng kể lượng khí thải ô nhiễm, và là nguồn nhiên liệu có thể tái tạo được. Nó giải quyết đồng thời hai vấn đề có tính thời sự hiện nay là ô nhiễm môi trường sống và sự cạn kiệt dần nguồn nhiên liệu khoáng vốn có hạn.

Tuy nhiên, biodiesel thường được sản xuất từ nguồn dầu thực vật ăn được có giá thành cao và ảnh hưởng đến an ninh lương thực; sử dụng xúc tác đồng thể không tái sử dụng được, khó tách rửa, giảm hiệu quả kinh tế, gây ô nhiễm môi trường. Do đó, chúng tôi tận dụng nguồn nguyên liệu phế thải rẻ tiền là dầu ăn thải và mỡ cáA, và sử dụng xúc tác dị thể MgSiO3 nhằm khắc phục những nhược điểm trên.

Trong bản luận văn này, đã nghiên cứu xử lý hai loại nguyên liệu phế phẩm kém chất lượng là dầu ăn thải và mỡ cá, sau đó chuyển hóa thành biodiesel bằng phương pháp trao đổi este với metanol trên xúc tác dị thể MgSiO3 (điều chế được). Các điều kiện tối ưu cho quá trình điều chế xúc tác, quá trình tổng hợp biodiesel và làm sạch sản phẩm đã được tìm ra. Sản phẩm sau tinh chế không còn lẫn metanol, nước, glyxerin hay tạp chất khác. Các tính chất của nhiên liệu biodiesel và hỗn hợp nhiên liệu B20 đã được đánh giá. Kết quả cho thấy biodiesel tổng hợp được thỏa mãn hầu hết các chỉ tiêu chất lượng nhiên liệu theo tiêu chuẩn ASTM. Mẫu nhiên liệu B20 đã được thử nghiệm trên động cơ và thấy rằng công suất động cơ thay đổi không đáng kể, nhưng giảm được một lượng lớn các khí thải độc hại như CO, CO2, NOx, RH. Bên cạnh đó, chúng tôi cũng đã xây dựng quy trình thu hồi glyxerin – một phụ phẩm rất có giá trị của quá trình tổng hợp biodiesel, góp phần làm hạ giá thành biodiesel. Glyxerin thu được có độ tinh khiết cao, đạt yêu cầu chất lượng của glyxerin thương phẩm.

Từ khóa: biodiesel, mỡ cá, dầu ăn thải, xúc tác dị thể, MgSiO3.