Nghiên cứu tổng hợp biodiesel thân thiện môi trường từ dầu thực vật trên xúc tác dị thể

Nghiên cứu tổng hợp biodiesel thân thiện môi trường từ dầu thực vật trên xúc tác dị thể

Bộ giáo dục vμ đμo tạo Trường đại học bách khoa hμ nội

Công trình đã được hoàn thành tại trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Người hướng dẫn khoa học:

1 pgs Ts đinh thị ngọ- Trường ĐHBK Hà Nội

2 Gs Ts đμo văn tường- Trường ĐHBK Hà Nội

Phản biện 1:PGS.TS Phùng Tiến Đạt- Trường ĐH Sư Phạm Hà Nội Phản biện 2:PGS.TS Mai Ngọc Chúc- Viện Hoá học Công Nghiệp Phản biện 3:PGS.TS Trần Thị Như Mai- ĐH KHTN-ĐHQG Hà Nội

Luận án đã được bảo vệ trước hội đồng chấm luận án cấp Nhà nước, họp tại hội trường C1-318 trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Vào hồi 9 giờ 00, ngày 09 tháng 05 năm 2009

Có thể tìm hiểu luận án tại:

+Thư viện Quốc gia Hà Nội

+Thư viện trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Danh mục các công trình của tác giả

1- Nguyễn Văn Thanh, Bùi Công Mạnh, Đinh Thị Ngọ, Đào văn Tường,

2008 “Nghiên cứu tổng hợp biodiesel từ dầu đậu nành trên xúc tác

NaOH/MgO” , Tạp chí hoá học số 2-T46, tr 172-177

2- Nguyễn Văn Thanh, Đinh Thị Ngọ, Đào Văn Tường, Đậu Anh Dũng,

Nguyễn Trung Sơn, 2007 “ Nghiên cứu chế tạo MgO hoạt hoá và đánh

giá hoạt tính trên phản ứng tổng hợp biodiesel”, Tạp chí hoá học ứng dụng số 4(64), tr 43-46

3-Nguyễn Văn Thanh, Võ Văn Hùng, Đinh Thị Ngọ, 2008 “ Nghiên cứu

xử lý dầu hạt cao su để tổng hợp biodiesel trên xúc tác NaOH”, Tạp chí hoá học ứng dụng số 3(75), tr 44-46

4- Đinh Thị Ngọ, Võ Văn Hùng, Nguyễn Văn Thanh, 2008 “ Nghiên cứu

tổng hợp biodiesel từ cây công nghiệp trên xúc tác dị thể (NaOH/MgO)”, tuyển tập báo cáo hội nghị khoa học- công nghệ; Viện Dầu khí Việt Nam,

tr 237-245

5- Nguyễn Văn Thanh, Đinh Thị Ngọ, 2006 “Nghiên cứu tổng hợp và các

tính chất của biodiesel từ dầu đậu nành trên xúc tác NaOH”, Tạp chí hoá học ứng dụng số 12(60), tr 38-41

6- Nguyễn Văn Thanh, Nguyễn Hữu Bằng , Đinh Thị Ngọ, Lê Đình Chiển

“Tổng hợp biodiesel từ dầu nành trên xúc tác dị thể Na 2 CO 3 mang trên γ

-Al 2 O 3 ” , Tạp chí hoá học, đang chờ đăng

7-Nguyễn văn Thanh, Đinh thị Ngọ, Đỗ đông Nguyên, 2008 “Nghiên

cứu ảnh hưởng của chất mang trong xúc tác dị thể đến hoạt tính xúc tác cho quá trình tổng hợp biodiesel từ dầu thực vật” , Tạp chí hoá học.T46-5A, tr 33-37

8- Nguyễn Văn Thanh, Đào Văn Tường, Đinh Thị Ngọ, Thỏi Quỳnh Hoa,

2006 “ Tổng hợp biodiesel từ dầu cọ trên xúc tác Na 2 CO 3” , Hội nghị khoa học trường Đại học bách khoa Hà nội, tr 205-209

9- Nguyễn Văn Thanh, Đinh Thị Ngọ “Nghiên cứu tổng hợp biodiesel từ

dầu bông trên xúc tác NaOH/MgO”, Tạp chí hoá học ứng dụng, số 2(86), tr 37 – 40

10- Nguyễn Văn Thanh, Đinh Thị Ngọ “Nghiên cứu chuyển hoá dầu

dừa thành biodiesel trên xúc tác dị thể NaOH/MgO”, Tạp chí hoá học ứng dụng, số 11(83), tr 46-49

a-giới thiệu luận án 1-Tính cấp thiết của luận án

Ngày nay, cùng với việc cạn dần của nguồn năng lượng hoá thạch, một vấn đề nóng bỏng mà loài người rất quan tâm là hiện tượng ô nhiễm môi trường sinh thái toàn cầu, một trong những nguyên nhân chủ yếu là

do khí thải của động cơ đốt trong gây nên

Vì vậy, vấn đề cấp bách hiện nay là tìm ra nguồn nhiên liệu mới sạch hơn,

có thể sản xuất được nhằm giảm bớt áp lực phụ thuộc vào dầu mỏ cũng như giảm thiểu ô nhiễm môi trường Nhiên liệu sinh học, trong đó có biodiesel là giải pháp hiệu quả nhất hiện nay và có thể trong tương lai Biodiesel được sản xuất từ các loại dầu thực vật, mỡ động vật, từ dầu thải,

từ sinh khối…đây là một dạng năng lượng sạch, làm giảm một cách đáng

kể lượng khí thải độc hại và được sản xuất từ nguồn nguyên liệu nuôi trồng nên có khả năng tái tạo được ở Việt Nam hiện nay mới bắt đầu nghiên cứu sản xuất biodiesel nhưng chủ yếu sử dụng dầu thực vật có thể dùng làm thực phẩm được do đó ảnh hưởng đến an ninh lương thực Mặt khác, quá trình tổng hợp lại sử dụng xúc tác đồng thể nên gây ô nhiễm môi trường và khó phân tách sản phẩm Vì vậy, vấn đề cấp bách hiện nay

là nghiên cứu sản xuất biodiesel thân thiện môi trường từ dầu thực vật không dùng làm thực phẩm và tìm ra hệ xúc tác mới khắc phục được những nhược điểm của xúc tác đồng thể

2- Mục tiêu nghiên cứu:

+ Tìm và lựa chọn được nguồn dầu thực vật sẵn có ở Việt Nam phù hợp cho quá trình tổng hợp biodiesel

+ Điều chế được xúc tác dị thể có hoạt tính cao cho quá trình tổng hợp biodiesel, có thể tái sử dụng và tái sinh nhiều lần

+ Tổng hợp được biodiesel từ dầu thực vật trên xúc tác dị thể

3- Những đóng góp mới của luận án

+ Đã chọn được Na2CO3 và NaOH là pha hoạt tính rất tốt cho phản ứng tổng hợp biodiesel Tiến hành khảo sát 3 loại chất mang là MgO, γ-Al2O3 , zeolit và lựa chọn được chất mang MgO thích hợp cho NaOH; còn với chất mang γ-Al2O3 thì pha hoạt tính thích hợp là Na2CO3

+ Đã nghiên cứu và tìm ra các điều kiện tối ưu để tạo hạt Trong quá trình tạo hạt, đã xác định được có sự hình thành hợp chất Na2SiO3 Chất này cũng có hoạt tính cao trong phản ứng tổng hợp biodiesel và có

độ dị thể tốt

+ Khảo sát và lựa chọn nguồn nguyên liệu ở Việt Nam là dầu bông và dầu dừa phù hợp cho quá trình tổng hợp biodiesel, vừa đảm bảo lợi ích kinh tế lại không ảnh hưởng đến an ninh lương thực

+Xác định được B20 (20% biodiesel và 80% diesel khoáng) là tỷ lệ pha trộn tối đa để đảm bảo công suất động cơ diesel, với B>20 (B25) thì công suất động cơ giảm đi nhiều và cần phải có sự thay đổi kết cấu động cơ mới có thể sử dụng được nhiên liệu với tỷ lệ pha trộn này Khi sử dụng B20 giảm thiểu được các khí thải độc hại như: COx, hydrocacbon, NOx

4- Cấu trúc của luận án:

Luận án gồm 115 trang(không kể phụ lục, tài liệu tham khảo) được chia thành các phần như sau: Mở đầu 2 trang, Chương I Tổng quan 32 trang, Chương II Thực nghiệm 25 trang, Chương III Kết quả và thảo luận 54 trang, Kết luận 2 trang Có 48 bảng, 35 hình vẽ và đồ thị, 107 tài liệu tham khảo, 20 phụ lục

b- Nội dung chính của luận án Chương i- tổng quan

1.1 Tổng quan về dầu thực vật:

Các nguyên liệu có thể dùng làm nguyên liệu để sản xuất biodiesel là dầu

mỡ động thực vật như mỡ cá tra, mỡ cá basa, dầu đậu nành, dầu bông, dầu dừa, dầu hạt cao su, đặc biệt là các nguồn sinh khối và dầu mỡ phế thải Hiện nay dầu thực vật đóng một vai trò quan trọng trong quá trình phát triển các nguồn nguyên liệu thay thế Sản xuất biodiesel từ dầu thực vật đang là xu thế của các nước trên thế giới vì giá thành rẻ, số lượng lớn và sẵn có Dầu thực vật có chứa nhiều gốc no, hầu hết có chỉ số axít thấp nên

thích hợp cho phản ứng trao đổi este tạo biodiesel

1.2 tổng quan về nhiên liệu biodiesel

1.2.1 Tính chất của biodiesel:

Biodiesel là cỏc mono alkyl este mạch thẳng được điều chế bởi phản ứng trao đổi este giữa cỏc loại dầu thực vật và mỡ động vật với cỏc loại rượu mạch thẳng (metanol, etanol,…)

1.2.2 Một số ưu điểm của biodiesel:

- Trị số xetan cao, hàm lượng lưu huỳnh rất thấp, quỏ trỡnh chỏy sạch, khả năng bụi trơn giảm mài mũn tốt, giảm lượng khớ thải độc hại và nguy cơ mắc bệnh ung thư, an toàn chỏy nổ, khả năng phân huỷ sinh học cao, dễ dàng sản xuất

Chương 2: thực nghiệm vμ phương pháp nghiên cứu

Thực nghiệm được tiến hành tại phòng thí nghiệm của bộ môn Công nghệ Hữu cơ Hoá dầu, Khoa Công nghệ Hoá Học, Đại học Bách Khoa Hà Nội

2.1 Chế tạo xúc tác dị thể:

2.1.1 Chế tạo xúc tác Na 2 CO 3 /γ-Al 2 O 3

2.1.1.1 Điều chế γ-Al 2 O 3 :

Hóa chất sử dụng: Phèn nhôm, H2O2, NaOH, BaCl2, nước cất

Cân 100 gam phèn nhôm công nghiệp hòa tan vào 1lít nước sau đó cho thêm chất oxy hóa H2O2 khoảng 4-5 ml

Đem dung dịch thu được kết tủa bằng NaOH 25% khống chế pH trong quá trình kết tủa từ 7-8 và nhiệt độ kết tủa 70-800C và khuấy liên tục trong vòng 15 phút sau khi kết tủa

Lọc rửa kết tủa bằng nước cất nóng ở 80-850C để rửa hết ion SO42- thử bằng dung dịch BaCl2

Cho kết tủa vào đĩa cất nhỏ, sấy ở 1200C trong vòng 4 giờ, nung kết tủa thu được ở nhiệt độ nung 4800C, trong vòng 7 giờ

2.1.1.2 Chế tạo xúc tác Na 2 CO 3 / γ-Al 2 O 3 bằng phương pháp ngâm tẩm

- Cân lượng chính xác γ-Al2O3 và Na2CO3 theo tính toán, trộn

đều γ-Al2O3 và Na2CO3 sau đó hòa tan hỗn hợp bằng nước cất và để khô

tự nhiên qua đêm Sấy ở nhiệt độ 1200C trong 4 giờ sau đó nung ở 3200C trong 4 giờ

2.1.2 Chế tạo xúc tác NaOH/MgO

2.1.2.1 Điều chế MgO:

MgO điều chế từ cỏc nguồn: Mg(OH)2 , MgCO3 , Mg(NO3)2 được nung ở

1000oC MgO thu được bằng cỏc nguồn này là tốt nhất vỡ cho độ tinh khiết rất cao NaOH cú thể mua trờn thị trường với độ tinh khiết trờn 99%

2.1.2.2 Chế tạo xúc tác NaOH/MgO bằng phương pháp ngâm tẩm:

Lấy 10 gam NaOH cho vào bỡnh cú dung tớch 250ml cựng với 100ml nước cất và lắc đều cho NaOH tan hết Tiếp tục cho vào bỡnh 40 gam MgO và tiến hành khuấy trộn hỗn hợp ở nhiệt độ 300C trong 24 giờ Sau đú đem cụ cạn hỗn hợp đến hết nước và đem nung ở 4000C trong 4 giờ

n-một lượng NaOH vào xúc tác đã được làm sạch, tiến hành nung ở 3200 C

trong thời gian 3 giờ

2.4 tổng hợp biodiesel bằng phương pháp trao đổi este

2.4.1 Các thiết bị trong quá trình thực nghiệm:

Hệ thống phản ứng là một bình ba cổ, dung tích 500 ml Một cổ cắm nhiệt kế để khống chế nhiệt độ theo yêu cầu, một cổ lắp sinh hàn để ngưng tụ metanol bay hơi lên quay lại thiết bị phản ứng, một cổ để nạp hỗn hợp metanol và xúc tác vào thiết bị phản ứng, một máy khuấy từ có

bộ phận gia nhiệt Ngoài ra, cần phải có bình tam giác 250 ml, cốc 500

ml, phễu chiết 500 ml, máy khuấy, và các thuốc thử cần thiết như giấy

pH, AgNO3, phenolphtalein

2.4.2 Các bước tiến hành :

Dùng ống đong lấy 100 ml dầu thực vật cho vào bình phản ứng, cân chính xác 4 g xúc tác, cho xúc tác vào trong thiết bị phản ứng đã có dầu, tiến hành khuấy từ từ Tiến hành gia nhiệt và khuấy trộn đến 400C sau đó cho 30ml metanol cho vào bình phản ứng và bắt đầu tính thời gian phản ứng Tiến hành chưng thu hồi metanol dư ở nhiệt độ trên 700C (do nhiệt độ sôi của metanol là 64,70C) trong khoảng thời gian một giờ sau đó tháo thiết bị phản ứng, cho hỗn hợp phản ứng thu được vào bình chiết Hỗn hợp tách làm 3 pha, pha dưới cùng là xúc tác rắn, tiếp đến là pha chứa glyxerin và pha nhẹ là biodiesel, thực hiện tách và làm sạch sản phẩm

2.5 Các phương pháp Đánh giá chất lượng xúc tác 2.5.1 Phương pháp hiển vi điện tử quét SEM

Mẫu được chụp ảnh qua kớnh hiển vi điện tử quột trờn mỏy JSM 5410 LV (Nhật), với độ phúng đại 200.000 lần, tại phũng thớ nghiệm vật lý chất rắn, Đại học Khoa học Tự Nhiờn-Đại học Quốc Gia Hà Nội

nhiệt độ:

Phương pháp giải hấp NH3 theo chương trình nhiệt độ được xác định trên máy AutoChem II 2920, tại phòng thí nghiệm bộ môn Công nghệ Hữu Cơ-Hoá Dầu, khoa Công nghệ Hoá học- Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Nâng nhiệt độ lên đến 450 0C với tốc độ 7 0C/phút, hoạt hoá 3 giờ trong dòng oxy, sau đó thổi qua bằng khí Heli và hạ xuống 250C với tốc

độ hạ nhiệt 7 0C/phút trong dòng heli để làm sạch mẫu Cho hấp phụ NH3trong 30 phút, sau đó thổi sạch khí NH3 dư bằng khí heli trong vòng 1 giờ với vận tốc 6 lít/giờ Tiến hành giải hấp NH3 bằng cách nâng dần nhiệt độ với tóc độ gia nhiệt 7 0C/phút cho đến khi hết khí hấp phụ qua quan sát đồ

thị ở máy sắc khí NH3 giải hấp được định lượng trên máy sắc khí, detector TCD, khí mang là heli

2.5.3 Khảo sỏt bằng nhiễu xạ Rơnghen

Giản đồ nhiễu xạ XRD của mẫu nghiên cứu được ghi trên máy Siemen

D-5000 (Bruker- Đức) tại phòng thí nghiệm Vật lý chất rắn, trường ĐH KHTN Hà Nội ống phát tia X bằng Cu với bước sóng K= 1,540 A0, điện

áp 30 KV, cường độ dòng ống phát 0,01 A

2.5.4 Phương phỏp đẳng nhiệt hấp phụ- giải hấp phụ

Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ- giải hấp N2 được ghi trên máy micromerictics ASAP 2010 Quá trình hấp phụ ở nhiệt độ -196 0C, áp suất

770 mmHg, lưu lượng khí mang 25ml/phút

2.6 Thử nghiệm nhiên liệu Trên động cơ

Tiến hành chạy thử nghiệm nhiên liệu biodiesel trong động cơ diesel tại phòng thử nghiệm động cơ đốt trong của Bộ môn Động cơ- Trường ĐHBK Hà Nội

2.6.1 Nội dung thử nghiệm

- Đánh giá ảnh hưởng của hỗn hợp biodiesel và diesel khoáng đến công suất của động cơ so với diesel khoáng

- Xác định thành phần khí trong khói xả của động cơ khi sử dụng nhiên liệu biodiesel, so sánh với nhiên liệu diesel khoáng

2.6.2 Động cơ thử nghiệm

-Động cơ diesel thí nghiệm AVL5402

Số lượng xylanh: 1; Đường kính xylanh: 85mm; Hành trình xylanh: 90mm; Dung tích xylanh: 510,7mm3; áp suất phun: 800kPa; Góc phun:

12o trước điểm chết trên; Lượng nhiên liệu phun: 30 mm3/1chu trình

Chương 3: kết quả vμ thảo luận

3.1 LựA CHọN NGUYÊN LIệU

Trong đề tài này, dầu hạt bông và dầu dừa được lựa chọn làm nguyên liệu cho quá trình tổng hợp biodiesel vì những lý do sau đây:

Dầu hạt bông là phụ phẩm của cây bông, không dùng làm thực phẩm

được vì trong đó có chứa chất gossypol độc hại cho người và động vật Trong dầu bông có chứa thành phần axit béo không no cao (tạo điều cho phản ứng với tác nhân nucleophin) nên hiệu suất phản ứng trao đổi este cao Dầu dừa có số các bon chủ yếu là C16 và gốc no, nên nếu sử dụng làm nguyên liệu để tổng hợp biodiesel thì sẽ cho biodiesel có trị số xetan

và nhiệt trị cao Trị số axit của dầu dừa khá thấp (1,11 mg KOH/g dầu) Sau khi xử lý, trị số axit chỉ còn khoảng 0,102 mg KOH/g dầu, điều này

rất thuận lợi vì giảm thiểu được chi phí xử lý nguyên liệu cho quá trình tổng hợp biodiesel

3.2 Chế tạo xúc tác dị thể

Xúc tác dị thể dùng cho quá trình tổng hợp biodiesel phải đạt được các mục tiêu sau: + Có hoạt tính cao

+ Có thể tái sử dụng và tái sinh nhiều lần

để đạt được những mục tiêu trên, đã tiến hành nghiên cứu lựa chọn pha hoạt tính, lựa chọn chất mang, các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng xúc tác, từ đó tìm ra hệ xúc tác dị thể mong muốn

3.2.1 Lựa chọn pha hoạt tính và chất mang :

Sau khi tiến hành lựa chọn pha hoạt tính và chất mang, đã chọn

được 2 xúc tác tốt nhất cho quá trình tổng hợp biodiesel là NaOH/MgO và

Các điều kiện NaOH/MgO Na2CO3/ γ-Al2O3

3.2.3 Đặc trưng xúc tác bằng các phương pháp hoá lý:

3.2.3.1 Xỏc định bề mặt theo phương phỏp BET

Đó tiến hành đo BET đa điểm nhằm xỏc định bề mặt riờng, thể tớch lỗ xốp và đường kớnh mao quản của cỏc mẫu xỳc tỏc Kết quả được đưa ra ở hỡnh 3.11 và hỡnh 3.12

a- 100% MgO b- 10%NaOH/MgO

c-20%NaOH/MgO

Hình 3.11.Đường đẳng nhiệt hấp

phụ, nhả hấp phụ của các xúc tác

Hình 3.12 Giản đồ phân bố lỗ xốp của các xúc tác

Từ hình 3.11a và hình 3.12a cho thấy theo phân loại của IUPAC [3] thì MgO ở dạng mao quản trung bình, có phân bố lỗ xốp tương đối rộng từ 30-60 A0 trong đó tập trung chủ yếu ở 40 A0 và có SBET= 133m2/g Như vậy chất mang này vừa có mao quản đủ lớn để NaOH và các phân tử dầu

có thể chui vào bên trong các mao quản, mặt khác diện tích bề mặt cũng khá lớn nên chất mang này thích hợp để chế tạo xúc tác cho phản ứng trao

đổi este tạo biodiesel Nếu sử dụng vật liệu vi mao quản thì mặc dù diện tích bề mặt lớn nhưng NaOH và các phân tử dầu khó chui vào bên trong mao quản, do đó không tạo được xúc tác dị thể bền vững và hiệu suất tổng hợp biodiesel sẽ thấp Nếu sử dụng vật liệu mao quản lớn thì diện tích bề

bặt riêng lại thấp nên giảm khả năng tiếp xúc giữa xúc tác và nguyên liệu, dẫn tới hiệu suất tổng hợp biodiesel thấp

Tiến hành hoạt hoá MgO bằng NaOH với các tỷ lệ khác nhau Qua khảo sát đă lựa chọn 2 loại xúc tác là 10% NaOH/MgO và 20% NaOH/MgO

để tiến hành xác định bề mặt riêng theo BET Kết quả được thể hiện trên hình 3.11 và hình 3.12 Với xúc tác 10% NaOH/MgO nhận thấy SBET

giảm từ 133 m2/g xuống 95 m2/g Kết hợp với ảnh SEM có thể được giải thích sự giảm SBET là do NaOH một phần bám dính trên bề mặt MgO, một phần chui vào các mao quản của MgO Tuy bề mặt riêng giảm nhưng hiệu suất phản ứng tổng hợp biodiesel vẫn tăng lên nhiều(45% so với 9%) Có thể cho rằng, ngoài ảnh hưởng của bề mặt riêng thì độ bazơ của xúc tác đóng vai trò quyết định hơn Khi lượng NaOH đủ bao phủ đơn lớp

và thiêu kết trên bề mặt MgO thì lúc này vai trò xúc tác dị thể tương tự như vai trò của NaOH, vốn có hoạt tính rất cao trong phản ứng trao đổi este Tương tự như vậy, với xúc tác 20% NaOH/MgO (hình 3.11 c và hình 3.12 c), SBET giảm xuống còn 52 m2/g Giản đồ phân bố lỗ xốp thể hiện trên hình 3.12 c cho thấy xúc tác có phân bố lỗ xốp khá tập trung (trong khoảng 100-120 A0), trong đó tập trung chủ yếu ở 110 A0 Từ đó cho thấy xúc tác này thích hợp cho phản ứng trao đổi este

3.2.3.2 Xác định cấu trúc của xúc tác bằng phổ nhiễu xạ Rơnghen

Trờn phổ nhiễu xạ Rơnghen với gúc quột 2θ từ 10 đến 800 (hỡnh 3.15a), ta thấy xuất hiện cỏc pic cú cường độ lớn đặc trưng cho MgO, ứng với 2θ=430; 2θ = 620 Nhưng khi mang NaOH/MgO thỡ trờn phổ XRD (hỡnh 3.15b) ta thấy xuất hiện cỏc pic mới cú cường độ lớn 2θ = 320, là những pic đặc trưng cho NaOH Ngoài ra, ta cũng thấy một số pic đặc trưng của Mg(OH)2 & Na2CO3 (2θ = 160; 2θ = 380) do lẫn từ nguyờn liệu đầu vào

và tạo thành từ quỏ trỡnh nung xỳc tỏc một phần NaOH phản ứng với CO2trong khụng khớ tạo ra Na2CO3 Như vậy, chứng tỏ đó tổng hợp được xỳc tỏc NaOH/MgO

d=1.216 d=1.269 d=1.488

d=2.103

d=2.435

d=1.571 d=2.366

d=4.784

Hỡnh 3.15b Phổ XRD của mẫu xỳc tỏc 20% NaOH/MgO

3.2.3.3 Đánh giá chất lượng quá trình dị thể hoá xúc tác bằng phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM)

Để kiểm tra bề mặt của xúc tác, đã tiến hành chụp hiển vi điện tử quét (SEM) và thu được hình ảnh về xúc tác(hình 3.16)

Hình 3.16 ảnh SEM MgO sau

khi nung ở nhiệt độ 1000 0 C

Từ kết quả ảnh SEM trên hình 3.16 thấy rằng MgO có cấu trúc tinh thể hình que gồm rất nhiều tinh thể nhỏ liên kết lại, do

đó rất dễ mang NaOH lên trên MgO Các khe hở giữ các tinh thể nhỏ của MgO tạo điều kiện cho các tinh thể NaOH bán dính chặt hơn khi thiêu kết Khi mang NaOH trên MgO theo các hàm lượng khác nhau thì cấu trúc của xúc tác thay đổi theo

Kết quả được thể hiện trên hình 3.17 a, b.Hình 3.17 (a, b) cho thấy khi đưa NaOH (với hàm lượng ≤ 20%) lên trên MgO thì toàn bộ NaOH bị thiêu kết trên bề mặt MgO Hình 3.17a cho thấy, khi mang các tinh thể NaOH bám đều xung quanh tinh thể hình que của MgO, tăng hàm lượng NaOH lên 30% thì một phần tinh thể NaOH sẽ thiêu kết chồng lên nhau theo từng lớp trên bề mặt của MgO(hình 3.17b), các tinh thể NaOH này sẽ bị bong ra trong quá trình phản ứng và mất đi khi rửa sản phẩm lần 1, làm giảm hoạt tính xúc tác khi tái sử dụng Như vậy, cùng với việc xác định hoạt tính xúc tác thông qua hiệu suất tổng hợp biodiesel,

có thể kết luận mang 20% NaOH trên MgO là tốt nhất

a, 20% NaOH/MgO b, 30% NaOH

Hình 3.17 ảnh SEM của xúc tác với tỷ lệ NaOH/MgO khác nhau

3.2.3.4 Phổ TPD-NH 3 của xúc tác Na 2 CO 3 /γ-Al 2 O 3

Phương pháp giải hấp theo chương trình nhiệt độ (TPD-NH3) đã

được thực hiện để xác định số tâm và lực axit trên xúc tác Theo tài liệu [32], có thể các tâm axit của γ-Al2O3 sẽ bị trung hòa một phần khi mang

Na2CO3 lên đó Vì vậy chúng tôi đã tiến hành đo TPD của các mẫu Al2O3, γ-Al2O3 hoạt hóa 3% Na2CO3, và 5% Na2CO3 theo khối lượng Kết quả được đưa ra ở hình 3.18:

γ-Hình 3.18 a Hình 3.18 b

Hình 3.18 c Hình 3.18 d