Phân tích, đánh giá than sinh học từ phế phẩm vỏ cam và vỏ dừa nhằm ứng dụng làm chất xúc tác

BỘ CƠNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THÀNH PHĨ HỒ CHÍ MINH BÙI DUY TUYÊN PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ THAN SINH HỌC TỪ PHẾ PHẨM VỎ CAM VÀ VỎ DỪA NHẦM ỨNG DỤNG LÀM CHẤT xúc Ngành: HÓA PHÂN TÍCH Ma ngành: 8440118 LUẬN VĂN THẠC sĩ THÀNH PHỐ HỊ CHÍ MINH NĂM 2023 Cơng trình hồn thành trường Đại Học Cơng Nghiệp thành phố Hồ Chí Minh Người hướng dẫn khoa học: TS Võ Thành Công Luận văn thạc sĩ bảo vệ Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn thạc sĩ Trường Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh ngày 07 tháng 10 năm 2023 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: GS.TS Lê Văn Tán - Chủ tịch Hội đồng PGS.TS Trần Quang Hiếu - Phản biện PGS.TS Trần Văn Man - Phản biện TS Nguyễn Quốc Thắng - ủy viên TS Bùi Thị Thu Thủy - Thư ký (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) CHỦ TỊCH HỘI ĐỊNG TRƯỞNG KHOA CƠNG NGHẸ HÓA HỌC GS.TS.Lê Văn Tán PGS.TS Nguyễn Văn Cường NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC sĩ Họ tên học viên: Bùi Duy Tuyên MSHV: 20000271 Ngày, tháng, năm sinh: 26/11/1990 Nơi sinh: Gia Lai Ngành: Hóa phân tích Mã ngành: 8440118 I TÊN ĐÈ TÀI: Phân tích, đánh giá than sinh học từ phế phẩm vỏ cam vỏ dừa nhằm ứng dụng làm chất xúc tác NHIỆM VỤ VÀ NỘI DƯNG: Nghiên cứu biến tính biochar để tổng hợp thành chất xúc tác cho phản ứng tổng hợp Biodiesel Nghiên cứu ứng dụng chất xúc tác cho phản ứng tổng hợp dầu biodiesel, phân tích xác định sản phẩm biodiesel phương pháp GC-MS II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Theo QĐ số 2049/QĐ-ĐHCN ngày 24/08/2022 III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: IV NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Võ Thành Cơng Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2023 NGƯỜI HƯỚNG DẪN NGƯỜI HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) (Họ tên chữ ký) CHỦ NHIỆM Bộ MƠN ĐÀỎ TẠĨ (Họ tên chữ ký) TRƯỞNG KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC (Họ tên chữ kỷ) LỜI CẢM ƠN Đe thực tốt luận văn tốt nghiệp hoàn thành tốt mục tiêu đặt ra, ngồi nỗ lực thân, tơi nhận nhiều giúp đỡ từ thầy cô, gia đình bạn bè Lời đầu tiên, tơi xin gửi lời cảm on chân thành đến TS Võ Thành Cơng tận tình hướng dẫn bảo suốt q trình thực luận văn Tơi học nhiều điều thầy kiến thức, kinh nghiệm suy luận nghiên cứu khoa học sống Sau cùng, Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến tập thể quý thầy cô thuộc Khoa Cơng nghệ Hóa học, đặc biệt giảng viên mơn Hóa phân tích trực tiếp giảng dạy, truyền đạt kiến thức cho suốt thời gian qua TÓM TẮT Trong nghiên cứu, phế phẩm vỏ cam vỏ dừa nhiệt hóa yếm khí nhiệt độ 450 °C, thời gian 60 phút để chế tạo than sinh học, ký hiệu mẫu BCO BCC Sau đó, BCO BCC ngâm tẩm vói dung dịch KOH K2CO3 nồng độ 2M thu chất xúc tác, ký hiệu mẫu BCO-K, BCO-K2 Những đặc tính cấu trúc thành phần BCO, BCC BCO-K, BCO-K2 xác định phưong pháp phân tích đại nhiễu xạ tia X (XRD), quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR), kính hiển vi điện tử quét (SEM), hấp phụ Bruner-EmmettTeller (BET) Các kết phân tích BCO-K, BCOK2 có hoạt tính xúc tác cao hon BCO, BCC Do đó, BCO-K, BCO-K2 sử dụng làm chất xúc tác cho phản ứng tổng hợp sản phẩm diesel sinh học Két đo đạc tiêu diesel sinh học nghiên cứu phù hợp với tiêu chuẩn diesel sinh học thưong phẩm ASTM-D6751 dầu diesel khoáng TCVN 5689: 2005 Hon nữa, tính tốn kết hiệu suất phản ứng thu cho vỏ cam 88,79 % cho vỏ dừa 84.20 % Những kết cho thấy chất xúc tác nghiên cứu từ phế phẩm vỏ cam vỏ dừa minh chứng tiềm đến trình tổng hợp sản phẩm diesel sinh học thay cho dầu diesel khống cơng nghiệp tưong lai Từ khóa: phé phẩm vỏ cam, phế phẩm vỏ dừa, than sinh học, chất xúc tác, diesel sinh học 11 ABSTRACT In this study, orange peel and coconut peel wastes were calcined in conditional without oxygen at 450 °C for 60 minutes to synthesize biochar, denoted as BCO and BCC sample Then, BCO and BCC was impregnated with KOH and K2CO3 solutions of 2M concentration respectively to obtain a catalyst, denoted as BCO-K and BOO­ KS sample The structural and compositional properties of BCO, BCC and BCO-K, BCO-K2 were determined, respectively, by analytical methods such as X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), Electron microscopy scanning (SEM), and Bruner-Emmett-Teller (BET) adsorption The analytical results have shown that BCO-K, BCO-K2 has higher catalytic activity than BCO, BCC Therefore, BCO-K, BCC-K2 was used as a catalyst for the synthesis of biodiesel production The measurement results of biodiesel production in this study are agreement with the commercial biodiesel standards ASTM-D6751 and mineral diesel TCVN 5689: 2005 Moreover, the calculation of the yield result of the reaction was obtained for orange peel as 88.79 % and coconut peel as 84.20 % These results were presented that the studied catalyst from orange peel and coconut peel wastes have a potential demonstration for the synthesis of biodiesel production to replace mineral diesel in the future industry Key word: orange peel waste, coconut peel waste, biochar, catalyst, biodiesel LỜI CAM ĐOAN Tôi tên Bùi Duy Tuyên, học viên cao học ngành Hóa Phân tích, lớp CHHOPTIOA, Trường Đại học Cơng nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh Tơi xin cam kết với kết nghiên cứu trình bày luận văn cơng trình riêng tơi giảng viên hướng dẫn TS Võ Thành Cơng (Khoa Cơng nghệ Hóa học, Trường Đại học Cơng nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh Những kết nghiên cứu tác giả khác nước sử dụng luận văn có trích dẫn đầy đủ Học viên Bùi Duy Tuyên IV MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT ii ABSTRACT iii LỜI CAM ĐOAN iv MỤC LỤC V DANH MỤC HÌNH ẢNH viii DANH MỤC BẢNG BIỂU .X DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT xi MỞ ĐẲƯ .1 Đặt vấn đề Mục tiêu, mục đích nghiên cứu 3 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ LĨNH vực NGHIÊN cứu 1.1 Tổng quan cơng trình nghiên cứu 1.1.1 Nghiên cứu nước .5 1.1.2 Nghiên cứu quốc tế 1.2 Tổng quan nguồn phế thải nông nghiệp 1.2.1 Tổng quan phế phẩm vỏ cam 1.2.2 Tổng quan nguồn phế phẩm vỏ dừa 10 1.3 Khái quát Biochar 13 1.3.1 Định Nghĩa 13 1.3.2 Đặc tính thành phần biochar 14 1.4 Nhiên liệu sinh học Biodiesel 16 1.4.1 Tổng quan nhiên liệu sinh học biodiesel 16 1.4.2 Điểm thuận lợi nhiên liệu biodiesel 17 1.5 Nguyên liệu cho trình tổng hợp Biodiesel 19 V 1.5.1 Dầu nành 20 1.5.2 Dầu từ hạt cải 20 1.5.3 Nguồn phế thải thừ mỡ, dầu sau khichế biến thức ăn 20 1.5.4 Dầu vi tảo 21 1.6 Phương pháp chuyển hóa ester để tổng hợp Biodiesel 21 1.7 Tổng quan chất xúc tác 23 1.7.1 Định nghĩa phân loại chất xúc tác 23 1.7.2 Tính chất chế xúc tác 25 1.7.3 Phản ứng biodiesel 26 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 27 2.1 Nguyên liệu 27 2.2 Hóa chất, dụng cụ 27 2.3 Máy thiết bị 27 2.3.1 Máy 27 2.3.2 Thiết bị 28 2.4 Tổng hợp Biochar (BC) 30 2.4.1 Phương pháp tổng hợp 30 2.4.2 Tổng hợp chất xúc tác 31 2.4.3 Hoạt hóa xúc tác phương pháptẩm K2CO3 35 2.4.4 Xúc tác cho phản ứng Biodiesel 36 2.4.5 Thu hồi xúc tác tái sử dụng 39 2.5 Phân tích sản phẳm 40 2.5.1 Tỷ trọng 40 CHƯƠNG KẾT QUẢ 43 3.1 Các kết với phế phẩm từ vỏ cam 43 3.1.1 Kết quy trình tổng hợp biochar 43 3.1.2 Két quy trình tổng hợp chất xúc tác 44 3.1.3 Kết quy trình tổng hợp diesel sinh học .49 3.1.4 Đưa thảo luận chủ yếutừ kết thực nghiệm 51 3.2 Các kết với phế phẩm từ vỏ dừa 52 VI 3.2.1 Kết thu từ trình tổng hợp chất xúc tác 52 3.2.2 Kết thu từ trình tổng hợp Biodiesel 57 KẾT LUẬN 61 KIẾN NGHỊ 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 PHỤ LỤC 65 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG CỦA HỌC VIÊN 71 vii