Download Nghiên cứu điều chế Biodiesel từ dầu thực vật và

Nghiên cứu điều chế Biodiesel từ dầu thực vật
và etanol trên hệ xúc tác rắn
Nguyễn Ma ̣nh Thắ ng
Đại học Khoa học Tự nhiên, Khoa Hóa học
Luận văn ThS Chuyên ngành: Hóa dầu và xúc tác hữu cơ; Mã số: 60 44 35
Người hướng dẫn: PGS. TS. Lê Thanh Sơn
Năm bảo vệ: 2011
Abstract: Tổng quan về biodiesel, nguồn nguyên liệu để sản xuất biodiesel,
các loại xúc tác và quá trình điều chế biodiesel; sử dụng và đánh giá sản phẩm
biodiesel. Quá trình thực nghiêm: quá trình điều chế xúc tác, các phương pháp
nghiên cứu đặc trưng của xúc tác. Đưa ra kết quả: kết quả nhiễu xạ tia X, phổ
hồng ngoại, phân tích nhiệt TG-DTA, phương pháp hiển vi điện tủ quét (SEM),
kết quả xác định bề mặt riêng BET và phân bố lỗ xốp.
Keywords: Hóa hữu cơ; Etanol; Dầu thực vật; Hệ xúc tác
Content
Với tình hình sử dụng năng lượng hiện nay trên thế giới, theo tính toán của các nhà
nghiên cứu, các mỏ dầu hóa thạch đang dần cạn kiệt. Các nguồn năng lượng thay thế
đã được nghiên cứu và áp dụng từ nhiều năm nay, tuy nhiên các nhà khoa học vẫn tiếp
tục tìm kiếm các nguồn nhiên liệu ưu việt hơn và cải tiến công nghệ cho các nguồn
năng lượng thay thế.
Biodiesel hiện nay là một nguồn nhiên liệu sinh học được nhiều nước trên thế giới
quan tâm phát triển bởi những ưu điểm của nó: tính chất tương tự diesel truyền thống,
thân thiện với môi trường, phong phú về nguồn nguyên liệu sản xuất… Việc tìm kiếm
nguồn nguyên liệu tái sinh và dồi dào cho biodiesel cũng bức thiết như việc tìm kiếm
các chất xúc tác và công nghệ mới trong sản xuất biodiesel.
“Nghiên cứu điề u chế Biodiesel từ dầ u thực vâ ̣t và etanol trên hê ̣ xúc t ác rắn” đã được
tiến hành nhằm mục đích thu được nhiên liệu sinh học thay thế một phần nhiên liệu
hóa thạch đang ngày càng cạn kiệt, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tìm ra hệ xúc
tác rắn tối ưu cho quá trình tổng hợp biodiesel – một hướng mới đang được phát triển
và nghiên cứu trên thế giới.
Qua việc nghiên cứu và phân tích hệ xúc tác Zirconi Sunfat hóa, luận văn đã chỉ ra
được quy trình tổng hợp xúc tác có lực axit tốt nhất cho phản ứng este hóa điều chế
biodiesel.
Điều chế thành công nhiên liệu Biodiesel với các đặc tính phù hợp với các tiêu chuẩn
hiện hành thông qua phản ứng chuyển este với các nguyên liệu đầu là dầu đậu nành và
etanol tuyệt đối, xúc tác là 5% và 10% SO42--ZrO2 với tỉ lệ etanol:dầu là 18:1 (mol)
ở nhiệt độ 60 0C.
Hoạt tính của SO42--ZrO2 đối với phản ứng chuyển este đã được nghiên cứu. Độ
chuyển hóa của phản ứng chưa cao xong sản phẩm có đặc tính phù hợp với yêu cầu
của nhiên liệu.
Hàm lượng axit tự do có trong dầu thực vật có tác động lớn đến độ chuyển hóa của
phản ứng. Để có thể thu được độ chuyển hóa cao cần phải phân tích nguyên liệu đầu
vào một cách kĩ lượng, từ đó đưa ra phương pháp tiến hành phản ứng một cách hợp lí.
References
Tiếng Việt
1.
Bộ môn Hóa Học Dầu Mỏ (2006), Giáo trình thực tập Hóa Học Dầu Mỏ, Khoa
Hóa học, ĐHKHTN, ĐHQGHN.
2.
Hoa Hữu Thu (2004), Giáo trình hóa học dầu mỏ, Khoa Hóa học, ĐHKHTN,
ĐHQGHN.
3.
Mai Xuân Tịnh, Hoa Hữu Thu, Lê Thanh Sơn, Nguyễn Thanh Bình (2008),
Nghiên cứu tổng hợp và đặc trưng axit của Zirconia biến tính từ nguồn nguyên liệu
Việt Nam, Tạp chí Hóa học và ứng dụng, số 5, T.42.
4.
Nguyễn Đình Triệu (2006), Các phương pháp vật lý ứng dụng trong hóa học,
NXB Đại học Quốc gia Hà Nội.
5.
Phạm Hùng Việt (2004), Sắc kí khí, cơ sở lí thuyết và khả năng ứng dụng,
NXBĐHQG.
6.
Phạm Hùng Việt, Nguyễn Văn Nội, Trần Tứ Hiếu (2001), Giáo trình Hóa học
môi trường, Khoa Hóa học, ĐHKHTN, ĐHQGHN.
7.
Lưu Thị Hồng Yến, Nghiêm Hải Vũ và Lê Thanh Sơn (2006), Điều chế
biodiesel để thay thế một phần nhiên liệu động cơ diesel, Tuyển tập các công trình
khoa học kỷ niệm 50 năm thành lập khoa Hóa học. Tr. 171-175. Hà Nội.
Tiếng Anh
8.
Cao, W. L., Han, H. W., & Zhang, J. C. (2005), Preparation of Biodiesel from
Soybean Oil using Supercritical Methanol and Co-Solvent., Fuel, 84(4) p.347-351.
9.
Carmen Stavarache, M. Vinatoru, R. Nishimura and Y. Maeda (April 2005),
Fatty acids methyl esters from vegetable oil by means of ultrasonic energy,
Ultrasonics Sonochemistry, Volume 12, Issue 5 , p.367-372
10.
Cetinkaya, M., & Karaosmanoglu, F. (2004), Optimization of Base-Catalyzed
Transesterification Reaction of used Cooking Oil, Energy & Fuels, 18(6) p.1888-1895.
11.
Cherng-Yuan Lin (June 2006), Effects of emulsification variables on fuel
properties of two- and three-phase biodiesel emulsions.
12.
Cherng-Yuan Lin, Hsiu-An Lin, Lang-Bang Hung, "Fuel structure and
properties of biodiesel produced by the peroxidation process", Fuel xx (xxxx) 1–7
13.
D.
Darnoko
and
Munir
Cheryan
(2000),
Kinetics
of
Palm
Oil
Transesterification in a Batch Reactor, JAOCS. Vof, 77, no, 12.p.1263.
14.
Dora E. Lopez, James Goodwin Jr.1, Edgar Lotero, and David Bruce overview
(Nov./Dec. 2005), J. Braz. Chem. Soc, vol.16 no.6b São Paulo.
15.
Filiz Karaosanoglu, K. Baris Cigizoglu, Melek Tuter, and Serap Ertenkin
(1996), Investigation of Refining Step of Biodiesel Production, Energy & Fuels, Vol.
10, No. 4.
16.
Frederique R. Abreu (2005), "New multi-phase catalytic systems based on tin
compounds active for vegetable oil transesterificaton reaction", Journal of Molecular
Catalysis A: Chemical 227, p.263–267.
17.
Frederique R. Abreu , Daniella G. Lima, Elias. H. Hamú Carlos Wolf , Paulo
A.Z. Suarez (2004), Utilization of metal complexes as catalysts in the
transesterification of Brazilian vegetable oils with different alcohols, Journal of
Molecular Catalysis A: Chemical 209, p.29–33
18.
Galen J. Suppes, Mohanprasad A. Dasari, Eric J. Doskocil, C. Mazzocchia,
Fatty acid methyl esters synthesis from triglycerides over heterogeneous catalysts in
presence of microwaves, www.google.com/biodiesel
19.
Galen J. Suppes, Mohanprasad A. Dasari, Eric J. Doskocil, Pratik J. Mankidy
and Michael J. Goff (January 2004), Transesterification of soybean oil with zeolite
and metal catalysts, Applied Catalysis A: General, Volume 257, Issue 2, 20, p.213223
20.
Geller, D. P., & Goodrum, J. W. (2004), Effects of Specific Fatty Acid Methyl
Esters on Diesel Fuel Lubricity, Fuel, 83(17-18) p.2351-2356.
21.
of
Gerhard Knothe, Robert O. Dunn and Marvin O. Bagby, "Biodiesel: The Use
Vegetable
Oils
and
Their
Derivatives
as
Alternative
Diesel
Fuels",
www.google.com/biodiesel
22.
Haas, M. J (2005), Improving the economics of biodiesel production through
the use of low value lipids as feedstocks: vegetable oil soapstock, Fuel Processing
Technology, 86, (10), 1087–1096. Fuel and Energy Abstracts (March 2006), Volume
47, Issue 2, p.89
23.
Jeong, G. T., Park, D. H., Kang, C. H., Lee, W. T., Sunwoo, C. S., & Yoon, C.
H. et al. (2005), Production of Biodiesel Fuel by Transesterification of Rapeseed Oil.,
Applied Biochemistry and Biotechnology, 114(1-3) p.747-758.
24.
Jon Van Gerpen (August 2002–January 2004), "Business Management for
Biodiesel Producers", National Renewable Energy Laboratory.
25.
K. Srilatha, Esterification of palmitic acid on zirconium hydroxide supported
12-tungstophosphoric acid catalysts, CHEMCON – 05, New Delhi.
26.
Kado, N. Y., & Kuzmicky, P. A. (2003), "Bioassay Analysis of Particulate
Matter from a Diesel Bus Engine using various Biodiesel Feedstock Fuels : Final
Report. Golden, CO: National Renewable Energy Laboratory", (Online at
http://www.nrel.gov/docs/fy03osti/31463.pdf).
27.
Kim, H.-J. et al (2004), "Transesterification of vegetable oil to biodiesel using
heterogeneous base catalyst", Catalysis Today, 93–95, (1), p.315–320. Fuel and
Energy Abstracts (January 2006), Volume 47, Issue 1, Page 27.
28.
Kinast, J. A. (2003-03), "Production of Biodiesels from Multiple Feedstocks
and Properties of Biodiesels and biodiesel/diesel Blends : Final Report. Golden, CO:
National
Renewable
Energy
Laboratory",
(Online
at
http://www.nrel.gov/docs/fy03osti/31460.pdf).
29.
Knothe, G. (1999), Rapid Monitoring of Transesterification and Assessing
Biodiesel Fuel Quality by NIR Spectroscopy Using a Fiber- Optic Probe, J. Am. Oil
Chem. Soc, 76, p.795–800.
30.
Knothe, G (2005), Dependence of biodiesel fuel properties on the structure of
fatty acid alkyl esters, Fuel Processing Technology, 86, (10), p.1059–1070. Fuel and
Energy Abstracts (March 2006), Volume 47, Issue 2,, p.124.
31.
Kusdiana, D., & Saka, S. (2005), Two-Step Preparation for Catalyst-Free
Biodiesel Fuel Production : Hydrolysis and Methyl Esterification, Applied
Biochemistry and Biotechnology, 115(1-3) 781-792.
32.
L. Bournay, D. Casanave, B. Delfort, G. Hillion and J.A. Chodorge (15
October 2005), New heterogeneous process for biodiesel production: A way to
improve the quality and the value of the crude glycerin produced by biodiesel plants,
Catalysis Today, Volume 106, p.190-192.
33.
L.C. Meher, Vidya S.S. Dharmagadda and S.N. Naik (12, August 2006),
Optimization of alkali-catalyzed transesterification of Pongamia pinnata oil for
production of biodiesel, Bioresource Technology, Volume 97, p.1392-1397.
34.
M. Di Serio, "From Homogeneous to Heterogeneous Catalysis in Biodiesel
Production", www.google.com/biodiesel/ Heterogeneous Catalysis
35.
McCormick, R. L., Alvarez, J. R., & Graboski, M. S. (2003), "NOx Solutions
for Biodiesel: Final Report. Golden, CO", National Renewable Energy Laboratory,
(Online at http://www.nrel.gov/docs/fy03osti/31465.pdf).
36.
P. Janulis, "Reduction of energy consumption in biodiesel fuel life
cycle", ,www.elsevier.com/locate/renene, October 2003
37.
Ronald Alan Holser and Rogers Harry-O’Kuru (14-15, October 2006),
Transesterified milkweed (Asclepias) seed oil as a biodiesel fuel, Fuel, Volume 85,
p.2106-2110.
38.
S. Saka and D. Kusdiana (2, January 2001), Biodiesel fuel from rapeseed oil as
prepared in supercritical methanol , Fuel, Volume 80, p.225-231.
39.
Shieh, C. J., Liao, H. F., & Lee, C. C. (2003), Optimization of Lipase-
Catalyzed Biodiesel by Response Surface Methodology, Bioresource Technology,
88(2) p.103-106.
40.
Siti Zullaikah, Chao-Chin Lai, Shaik Ramjan Vali and Yi-Hsu Ju (17,
November 2005), A two-step acid-catalyzed process for the production of biodiesel
from rice bran oil, Bioresource Technology, Volume 96, p.1889-1896.
41.
Waste Management and Research Center (2006), Small Scale Biodiesel
Production.
42.
Warabi, Y., Kusdiana, D., & Saka, S. (2004), Biodiesel Fuel from Vegetable
Oil by various Supercritical Alcohols, Applied Biochemistry and Biotechnology, 11316, p.793-801.
43.
Wenlei
Xie,
Hong
Peng
and
Ligong
Chen
(20
January
2006),
Transesterification of soybean oil catalyzed by potassium loaded on alumina as a
solid-base catalyst, Applied Catalysis A: General, Volume 300, p.67-74.
44.
Wenlei Xie, Xiaoming Huang and Haitao Li (4, March 2007), Soybean oil
methyl esters preparation using NaX zeolites loaded with KOH as a heterogeneous
catalyst, Bioresource Technology, Volume 98, p.936-939.
45.
Yuichiro Warabi, Dadan Kusdiana and Shiro Saka (3, February 2004),
Reactivity of triglycerides and fatty acids of rapeseed oil in supercritical alcohols,
Bioresource Technology, Volume 91, p.283-287.
46.
ZHU Huaping, WU Zongbin, CHEN Yuanxiong, ZHANG Ping, DUAN Shijie,
LIU Xiaohua1, MAO Zongqiang (5, May 2006), "Preparation of Biodiesel Catalyzed
by Solid Super Base of Calcium Oxide and Its Refining Process" CHINESE
JOURNAL OF CATALYSIS Volume 27