Công dụng của dầu nhờn a.. ờ ạ-Nhiệt độ chớp cháy là nhiệt độ thấp nhất mà tại áp suất khí quyển 101, 3 KPa, mẫu dầu nhớt đƣợc nung nóng đến bốc hơi và bắt lửa.. Mẫu sẽ chớp cháy khi có
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO - NGUYỄN QUANG DUY TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN QUANG DUY KỸ THUẬT HÓA HỌC NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP DẦU NHỜN SINH HỌC, SỬ DỤNG XÚC TÁC CACBON HÓA MAO QUẢN TRUNG BÌNH TỪ NGUỒN VỎ TRẤU LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT HÓA HỌC KHÓA 2016A Hà Nội – Năm 2018 HVTH: Nguyễn Quang Duy a Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057204865491000000 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - Nguyễn Quang Duy NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP DẦU NHỜN SINH HỌC, SỬ DỤNG XÚC TÁC CACBON HÓA MAO QUẢN TRUNG BÌNH TỪ NGUỒN VỎ TRẤU Chun ngành: Kỹ thuật Hóa học LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT HÓA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nguyễn Khánh Diệu Hồng Hà Nội – Năm 2018 HVTH: Nguyễn Quang Duy b LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng, số liệu kết nghiên cứu luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố dƣới hình thức Tơi xin cam đoan rằng, thơng tin trích dẫn luận văn đƣợc rõ nguồn gốc giúp đỡ trình thực luận văn đƣợc cảm ơn Tác giả Nguyễn Quang Duy HVTH: Nguyễn Quang Duy c LỜI CẢM ƠN Tơi xin tỏ lịng biết ơn tới PGS.TS Nguyễn Khánh Diệu Hồng hƣớng dẫn tận tình mặt khoa học, truyền đạt kinh nghiệm chuyên môn, phƣơng pháp nghiên cứu khoa học, để hồn thành luận văn tốt nghiệp Đồng thời tơi xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo Viện Kỹ thuật Hóa học, Bộ mơn Cơng nghệ Hữu Hóa dầu tạo điều kiện thuận lợi suốt thời gian học tập nghiên cứu trƣờng ĐHBK Hà nội Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 19 tháng 01 năm 2018 Tác giả Nguyễn Quang Duy HVTH: Nguyễn Quang Duy d MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN c LỜI CẢM ƠN d MỤC LỤC e DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT g DANH MỤC BẢNG .h DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ i LỜI MỞ ĐẦU Chƣơng TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 TỔNG QUAN VỀ DẦU NHỜN VÀ CÔNG DỤNG 1.1.1 Công dụng dầu nhờn .3 1.1.2 Thành phần dầu nhờn 1.2 TỔNG QUAN VỀ DẦU NHỜN SINH HỌC 1.2.1 Tổng quan dầu nhờn sinh học 1.2.2 Nguyên liệu cho trình tổng hợp dầu nhờn sinh học 12 1.2.3 Giới thiệu dầu thầu dầu-nguyên liệu tổng hợp dầu nhờn sinh học 14 1.2.4 Phƣơng pháp biến dổi dầu thực vật thành dầu nhờn sinh học .19 1.3 XÚC TÁC CHO QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP DẦU NHỜN SINH HỌC .21 1.3.1 Xúc tác axit lỏng 21 1.3.2 Xúc tác bazơ lỏng 22 1.3.3 Xúc tác rắn 22 1.3.4 Giới thiệu xúc tác cacbon hóa dạng mao quản trung bình từ vỏ trấu (mesocacbon hóa vỏ trấu) 24 1.4 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU DẦU NHỜN SINH HỌC TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 27 Chƣơng THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 30 2.1 DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT SỬ DỤNG .30 2.1.1 Hóa chất nguyên liệu 30 2.1.2 Dụng cụ 30 2.2 ĐIỀU CHẾ XÚC TÁC 30 Chế tạo xúc tác: .31 2.3 PHẢN ỨNG TỔNG HỢP DẦU NHỜN SINH HỌC 32 2.4 CÁC PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƢNG XÚC TÁC 32 2.4.1 Phƣơng pháp giản đồ XRD 32 2.4.2 Phƣơng pháp phổ hồng ngoại (FT-IR) 32 2.4.3 Đo độ axit theo phƣơng pháp TPD-NH3 33 2.5 CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ DẦU NHỜN SINH HỌC 33 2.5.1 Xác định độ nhớt động học (ASTM D445) 33 2.5.2 Phƣơng pháp thử nghiệm tính số độ nhớt từ độ nhớt động học 40ºC 100ºC (ASTM D 2270) 33 2.5.3 Xác định tỷ trọng (ASTM D1298) 33 2.5.4 Xác định số axit (ASTM D664) 34 2.5.5 Xác định số xà phòng (ASTM D5558) 34 HVTH: Nguyễn Quang Duy e 2.5.6 Phƣơng pháp thử nghiệm xác định điểm đông đặc sản phẩm dầu mỏ (ASTM D 97) .35 2.5.7 Xác định hàm lƣợng nƣớc (ASTM D95) 35 2.5.8 Điểm chớp cháy cốc hở (ASTM D92) 36 2.5.9 Phƣơng pháp sắc kí khí khối phổ (GC-MS) 36 Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 37 3.1 CÁC ĐẶC TRƢNG XÚC TÁC MESOCACBON HÓA VỎ TRẤU 37 3.1.1 Kết đặc trƣng XRD 37 3.1.2 Kết đo phổ FT-IR 38 3.1.3 Kết định lƣợng độ axit theo TPD-NH3 39 3.2 NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP DẦU NHỜN SINH HỌC 40 3.2.1 Một số tích chất hóa lý dầu thầu dầu .40 3.2.2 Phân tích thành phần gốc axit béo dầu thầu dầu 42 3.2.3 Khảo sát điều kiện trình tổng hợp dầu nhờn sinh học từ dầu thầu dầu .44 3.2.4 Đánh giá chất lƣợng dầu nhờn sinh học tổng hợp từ dầu thầu dầu .51 KẾT LUẬN 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO .58 HVTH: Nguyễn Quang Duy f DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Kí hiệu Ý nghĩa ATSM Hiệp hội tiêu chuẩn vật liệu Mỹ BET Phƣơng pháp hấp phụ - giải hấp phụ N DNSH Dầu nhờn sinh học ĐBSCL Đồng sông Cửu long FA Axit béo tự FT-IR Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier JO Dầu jatropha GC - MS Phƣơng pháp phân tích sắc ký khí – khối phổ MQTB Mao quản trung bình SEM Hiển vi điện tử quét TCVN Tiêu chuẩn Việt nam TPD Giải hấp phụ theo chƣơng trình nhiệt độ TEM Phƣơng pháp hiển vi điện tử truyền qua XRD Nhiễu xạ tia X HVTH: Nguyễn Quang Duy g DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Phân loại dầu gốc theo API .6 Bảng 1.2 Các loại phụ gia thƣờng sử dụng Bảng 1.3 Tóm tắt nghiên cứu dầu thực vật làm nguyên liệu sản xuất dầu nhờn sinh học 12 Bảng 1.4 Thành phần dầu thầu dầu 16 Bảng 1.5 Đặc tính vật lý, hóa học tiêu biểu dâu thàu dầu .17 Bảng 1.6 Tóm tắt biến đổi hóa học có dầu thầu dầu tùy thuộc vào nhóm chức phản ứng 18 Bảng 1.7 Hiệu suất TMP este dựa loại xúc tác sử dụng 21 Bảng 1.8 Đặc tính JCO (jatropha), FA TMP este .22 Bảng 1.9 Đặc trƣng thành phần hoá học nguyên liệu trấu .26 Bảng 3.1 Các điều kiện tổng hợp xúc tác mesocacbon hóa vỏ trấu .37 Bảng 3.2 Các thông số thu đƣợc từ phƣơng pháp TPD-NH3 .40 Bảng 3.3 Một số tính chất hóa lý đặc trƣng dầu thầu dầu .40 Bảng 3.4 Thành phần axit béo metyl este từ dầu thầu dầu theo kết GC – MS .43 Bảng 3.5 Ảnh hƣởng nhiệt độ đến trình tổng hợp dầu nhờn sinh học 45 Bảng 3.6 Ảnh hƣởng thời giản phản ứng đến trình tổng hợp dầu nhờn sinh học 46 Bảng 3.7 Ảnh hƣởng hàm lƣợng xúc tác đến trình tổng hợp dầu nhờn sinh học .47 Bảng 3.8 Ảnh hƣởng tỷ lệ mol etanol/dầu đến trình tổng hợp dầu nhờn sinh học 48 Bảng 3.9 Ảnh hƣởng tỷ lệ mol H 2O2/dầu đến trình tổng hợp dầu nhờn sinh học 49 Bảng 3.10 Ảnh hƣởng tốc độ khuấy đến trình tổng hộ dầu nhờn sinh học 50 Bảng 3.11 Tổng hợp thông số công nghệ tối ƣu 51 Bảng 3.12 Một số tiêu hóa lý dầu nhờn sinh học gốc dạng polyol từ dầu thầu dầu 54 Bảng 3.13 Một số tiêu hóa lý dầu nhờn sinh học gốc dạng este từ dầu thầu dầu .56 HVTH: Nguyễn Quang Duy h DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Lợi ích sử dụng dầu nhờn sinh học Hình 1.2 u cầu bơi trơn cho xe tải nâng lên 10 Hình 1.3 Sản lƣợng hàng năm dàu thầu dầu 15 Hình 1.4 Cây, quả, hạt dầu thầu dầu 15 Hình 1.5 Cấu trúc phân tử dầu thầu dầu 17 Hình 1.6 Quá trình epoxi hóa axit oleic .20 Hình 1.7 Các dạng cấu trúc xúc tác mao quản trung bình 24 Hình 2.1 Sơ đồ nhiệt phân vỏ trấu 31 Hình 3.1 Giản đồ XRD góc hẹp xúc tác mesocacbon hóa vỏ trấu 37 Hình 3.2 Giản đồ XRD góc rộng xúc tác mesocacbon hóa vỏ trấu .38 Hình 3.3 Phổ FT-IR xúc tác mesocacbon hóa vỏ trấu 39 Hình 3.4 Giản đồ TPD-NH3 xúc tác mesocacbon hóa vỏ trấu 40 Hình 3.5 Sắc ký đồ metyl este tạo từ dầu thầu dầu 42 Hình 3.6 Phổ MS metyl ricinolea có metyl este dầu thầu dầu, so sánh với phổ MS chuẩn metyl ricinoleat thƣ viện phổ 43 Hình 3.7 Ảnh hƣởng nhiệt độ đến hiệu suất tổng hợp dầu nhờn sinh học 45 Hình 3.8 Ảnh hƣởng thời gian phản ứng đến hiệu suất tổng hợp dầu nhờn sinh học .46 Hình 3.9 Ảnh hƣởng hàm lƣợng xúc tác đến hiệu suất tổng hợp dầu nhờn sinh học .47 Hình 3.10 Ảnh hƣởng tỷ lệ mol etanol/dầu đến hiệu suất tổng hợp dầu nhờn sinh học 48 Hình 3.11 Ảnh hƣởng tỷ lệ mol H2O2 /dầu đến hiệu suất tổng hợp dầu nhờn sinh học 49 Hình 3.12 Ảnh hƣởng tốc độ khuấy đến hiệu suất tổng hợp dầu nhờn sinh học 50 Hình 3.13 Phổ FT-IR dầu thầu dầu lúc chƣa phản ứng 51 Hình 3.14 Phổ FT-IR dầu thầu dầu trạng thái trung gian phản ứng tổng hợp dầu nhờn sinh học 52 Hình 3.15 Phổ FT-IR dầu thầu dầu trạng thái cuối phản ứng tổng hợp dầu nhờn sinh học 52 Hình 3.16 Phổ FT-IR dầu nhờn sinh học gốc dạng este 55 HVTH: Nguyễn Quang Duy i LỜI MỞ ĐẦU Dầu nhờn ngày đƣợc sử dụng với lƣợng lớn cho nhiều mục đích khác nhƣ bơi trơn, làm mát, làm sạch…trong động cơ, máy móc cơng nghiệp… Khác với loại nhiên liệu hóa thạch, sử dụng dầu nhờn phát thải chất độc hại mục đích bôi trơn, đốt cháy tạo lƣợng Tuy nhiên giống nhiên liệu khoáng, dầu nhờn gây vấn đề nhiễm bị phát tán môi trƣờng, đặc biệt loại dầu nhờn thải Một nguyên nhân chủ yếu tính chất nhiễm phát tán khả phân hủy sinh học không cao, làm tăng thời gian lƣu trữ ngồi mơi trƣờng phân tử có hại nhƣ hydrocacbon thơm, hợp chất đa vòng chứa lƣu huỳnh… Những năm gần đây, sản phẩm có tiềm lớn để thay phần việc sử dụng dầu nhờn khoáng, gọi dầu nhờn sinh học Dầu nhờn sinh học thuật ngữ chung để hợp chất hữu có tính chất dầu nhờn khống nhƣ bơi trơn, làm kín, làm mát, chống oxi hóa… nhƣng đƣợc chế tạo từ nguồn nguyên liệu sinh học có khả tái tạo, phổ biến từ loại dầu, mỡ động thực vật Quy trình sản xuất dầu nhờn sinh học phải qua bƣớc biến tính dầu thực để tạo dầu nhờn gốc có tính chất hóa, cơ, lý tốt hơn, tƣơng đƣơng gần tƣơng đƣơng với dầu nhờn khoáng Một quy trình tổng hợp dầu nhờn sinh học đƣợc quan tâm nghiên cứu dựa trình oxi hóa chọn lọc liên kết bội mạch cacbon dầu thực vật để tạo epoxit, sau mở vịng, biến tính epoxit thành ancol este xúc tác axit Xúc tác siêu axit rắn mesocacbon hóa loại xúc tác có nguồn gốc hữu cơ, chế tạo từ loại sinh khối, loại xúc tác dị thể tốt nhất, đƣợc ứng dụng nhiều trình tổng hợp nhiên liệu sinh học Ngồi ứng dụng đó, tiềm xúc tác cacbon hóa hứa hẹn q trình phá vịng epoxit este hóa nhóm chức -OH tạo thành – q trình tạo dầu nhờn sinh học gốc Ƣu điểm lớn xúc tác tính dị thể, độ axit tính ổn định cao Tuy nhiên, phân tử gốc triglyxerit có dầu, mỡ động thực vật có kích thƣớc động học lớn gây khó khăn cho việc tiếp xúc tâm axit nhóm chức cần tác động Do vậy, chế tạo loại xúc tác cacbon hóa mới, có cấu trúc mao quản trung HVTH: Nguyễn Quang Duy