Tổng hợp xúc tác nio cao từ vỏ sò huyết và Ứng dụng cho phản Ứng transesterification dầu jatropha curcas

Diesel sinh học đã thu hút được nhiều sự chú ý như một giải các chất xúc tác đồng thể có hiệu quả trong việc chuyển đổi dầu diesel sinh học với FEA thấp thay thể tốt hơn vì chúng ổn định

VO SO HUYET VA UNG DUNG CHO

PHAN UNG TRANSESTERIFICATION DAU JATROPHA CURCAS

Giang viên hướng dẫn: TS Trần Thị Tổ Nga

Ho va tên: Lê Văn Thông

MSSV: 46.01.401.253

Thành phổ Hỗ Chí Minh, tháng Š năm 2024

Tôi xin cam đoan khóa luận tốt nghiệp "Tổng hợp xúc ức NiO/CaO từ vỏ sở huyết ví ứng đụng cho phn img tansescrifeation du Jatropha cure là công trình nghiền cứu

Tiêng cá nhân Lê Văn Thông dưới sự hướng dẫn của TS, Trần Thị Tổ Nga Các sổ liệu, kết

quả nêu trong khóa luận là trung thực và chưa được công bổ trong bắt kì công trình nào khác

“Thành phổ Hỗ Chí Minh, tháng Š năm 2034

Tác giả

Lê Văn Thông

Lời đầu tiên, em xin chân thành cảm ơn cùng với đồ là lòng biết ơn và kính trọng sâu

Hóa học, công quý Thầy, Cô tong khoa đã giảng dạy, tuyền đạt kiến thức chuyên m

nghiệm và tạo mọi điều kiện giúp chúng tôi hoàn thành nghiên cứu

Đồng thời, em cũng xin cảm ơn bố me, gia dinh, ban bé đã giúp đỡ, quan tâm, động

viên, tạo mọi điều kiện thuận lợi đẻ bản thân hoàn thành tốt

Trong suốt quả tỉnh nghiên cứu không trắnh khỏi những si sót rất mong nhận được

Sự đồng góp trần quý từ các thấy cô

LỠI CAM DOAN

LOLCAM ON

MỤC LỤC

DANH MUC VIE TAT

DANH MUC BANG

DANH MỤC HÌNH ẢNH

CHUONG 1: TONG QUAN

1.1 Téng quan Biodiesel trong và ngoải nước,

1.2 Xúc tác dị thể

1.3 Dẫu laropha curcas

CHUONG 2 THỰC NGHIỆM VẢ PHƯƠNG PIIÁP NGHIÊN CỬU 2,1 Hóa chất, dụng cụ và thết bị

2.2 Thực nghiệm

2.2.1 Phuong phip tng hyp CaO từ vỏ sở huyết

2.2.2, Phuong pháp tổng hợp xúc tác NiO/CaO từ vỏ s huyết 2.2.3, Phin img esterfication

2.3 Các phương pháp phân tích đặc tỉnh xúc tác và sản phẩm 23.1, Phuong phip nhiễu xạ ti X (PXRD)

2.3.2 Phuong pháp phân ích quang phổ hồng ngoại (FT-IR) 2.3.3, Phuong phip phan tch nhiệt trọng lượng (TGA/DSC) 2.3.4 Kính hiển vi điện từ quết (SEM) và quang phổ tỉa X phân tán năng lượng (EDX) 2.3.5 Phương pháp Sắc kỷ khi quang phổ khối (GC-MS)

'CHƯƠNG 3: KẾT QUÁ VÀ THẢO LUẬN

3.1 Kết quả phân tích các đặc tính của xúc tác

3.1.1 Kết quả phân tích TGA-DSC

3.L2, Kết quả nhiễu xạ tia X (PXRD)

3.2.3 Ảnh hưởng của tỉ 1 mol MeOH:0it

3.2.4, Ảnh hưởng thời gian,

3.2.5 Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác

3.3.6, Chỉ số FEA tong biodiesel

1.3.7 Phân tích GC-MS thành phin FAME

'CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHAO

Blood Shell — Vo sé huyét

Power X-ray Povider Diffraction

Phuong phip phd nhigu xa tia X,

Scanning Electron Microscopy

Phương pháp phân ích bề mặt bằng kính hiển vi điện tử guết

Energy-dispersive X-ray spectroscopy

Phương pháp phổ tán sắc năng lượng tia X Fourier Transform Infrared Spectroscopy Phương pháp quang phổ hồng ngoại biến đổi Fouriss Face centered cubic

Gas Chromatography/Mass Spectroscopy

Hệ thống sắc ký khí quang phổ khối Weiness impregnation

Phương pháp tắm tớt

“Themogravimetic Analysis

Phan tích nhiệt khối lượng

Differential scanning calorimetry

Nhiệt lượng guết vỉ si

Free Fatty Acid ~ acid béo tr do

Khối lượng

tghiệm

DANH MỤC BẰNG

Bảng I Các nghiên cứu trước đây vẻ tổng hợp biodiesel

Bảng 2 Hóa chất sử dụng trong đề tải

Bang 3 Thếtbịvà dạng cụ sử dung trong dé ti

Bảng 4 Các thông số thí nghiệm được khảo sát

Bảng 5 Kích thước tinh thể mẫu xúc tác NiO/CaO từ kết quả PXRD, D (am)

'Bảng 6 Thành phân khối lượng của các nguyên tổ có trong xúc tác

Bảng 7 Thành phần nguyên tổ của các nguyên tổ cổ trong xi te Bảng 8 Kết quá chuẩn độ xúc định chỉ số cid (ng NaOH)

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1, Hat Jatropha curcas 3 Hình 2 Quy trình xử lý nguyên liệu và tổng hợp vật liệu CaO từ sò huyết `7 Hình 3 Quy trình tổng hợp xúc tác NỈO/CaO từ vỏ sò huyết 9 Hình 4.Sơ đồ tiền hành thực nghiện ssn "

Hình 5 Quy tình thực nghiệm sản xuất biodiesel bằng xúc tic di thé R

Hình 6 Sơ đồ hệ thông sắc ki khi Gas Chromatography 16

Hình 7 Kết quả phân ích TGA-DSC của NïO/CaO từ số huyế Is Hình § Kết quả phần ch nhiễu xạ PXRD của NiO/CaO từ mẫu sò huyết 9 Hình 9, Kết quả SEM-EDX của NiO/CaO tử sở huyết a) và b) hình ảnh SEM; ©) phổ EDX: 4)©) và Ð EDX-mapping của các nguyên tổ Ca, O va Ni 21 Hình 10 Kết quả phân tích FT-IR của NiO/CaO từ mẫu sò huyỄ 2 Hình 11 So sánh dầu Jaropha Cureas không và có xử lý acid H:SO, đến hiệu sắt tạo EAME

Điều kiện: MeOH; Oil 24:1, xúc tác NiO/CaO sỏ huyết, 0,5g, 1h, nhiệt 46 67 °C 23

Hình 12 Ảnh hưởng xúc tác NiO/CaO và CaO lên hiệu sắt tạo FAME, Điễu kgm: MeOH: Oil 24:1, xi tie NiO/CaO sở huyết, 05g, lh, nhiệt độ 67 %C 24 Hình 13 Ảnh hưởng ỉlệ mol của MeOHLOil lên hiệu suất tạo FAME, Bigu kin: Tho gion 1h, xúc tác NiO/CaO sô huyết, 05g, nhiệt độ 67 °C 25

Hình 14 Ảnh hưởng thời gian lên hiệu suất tạo FAME Điều kign: MeOH: Oil 24:1, xúc tác

Hình 15 Ảnh hưởng hàm lượng xúc tác lên hiệu suất tạo EAME, Điều kign: MeOH: Oil 24:1,

Hình 16 Sắc kí đồ của các mẫu EAME ở các lệ MeOIOII 1l, 24:1, 30:1 Bigu kiện: 0 5g

Hình 17 Độ chọn lọc thành phần EAME ở các khoảng MeOILOil 12:1, 24:1, 30:1 Điều kiện

0.5g xúc tác NiO/CaO, nhiệt độ 67 °C, thời gian 1h Ms — 2D

1

'CHƯƠNG 1: TONG QUAN

1.1 Tổng quan Biodiesel trong và ngoài nước

"Năng lượng là một nguồn tải nguyên ắt quan trọng mà được sử đụng như một chỉ số

“dự báo về mức độ phát triển của một quốc gia [1] Nhiều hoạt động công nghiệp, sinh hoạt và

giao thông vận tả phụ thuộc vào nguồn năng lượng sẵn cổ [2] Nhu cầu năng lượng toàn cầu

được đáp ứng bởi các nguồn dựa trên hóa thạch như dẫu thô, than đá và khí đốt tự nhiên Điều cày thân thiện với môi trường do ạo ra khí nhà kính, đặc biệt là carbon đioxide [3] Động lực diesel sinh học được quan tâm Diesel sinh học đã thu hút được nhiều sự chú ý như một giải các chất xúc tác đồng thể có hiệu quả trong việc chuyển đổi dầu diesel sinh học với FEA thấp thay thể tốt hơn vì chúng ổn định nhiệt, không độc hại, không ăn mòn, thân thiện với môi trường và có thể tái sử dụng [6]

1.2 Xúc tác đị thể

Sử dụng hai loại xúc tác: đị thể và đồng thẻ Xúc tác dị thể có các thành phần dạng rắn,

trong khi hỗn hợp đồng thể cùng pha với chất Xúc tác đồng thể phổ biển nhất là dung dịch,

có thể là chất rắn, chất lông hoặc chất khí Việc thu thập vỏ sở thâi đễ đàng, nhanh chóng để tổng hợp xúc tic di thể,

Calcium oxide duge tổng hợp bằng cách phân hủy nhiệt các khoáng chất: đá vôi hoặc

từ các nguồn tự nhiên như vỏ các loại hai sản và vỏ trứng có chứa calcium catbonate [T]|

"Ngày nay, phế thải vỏ sò huyết là một trong những nguồn cung cấp aragonite CaCOs 48 nhén được sự quan tâm lớn của nhiễu nhà nghiên cứu trong lĩnh vực khoa học, kỹ thuật và y học

'CaCO: có nguồn gốc từ vỏ sò huyết đã được sử dụng trong nhiều ứng dụng như chế tạo gốm

à liệu [8] C

kiềm và đã được sử dụng rộng rãi lâm chất xúc tác để

sứ sinh học, sản xuất diesel sinh bọc và trong việc cung cắp nội tiết xúc tác dị thể Calcium Oxide (CaO)

sản xuất, khảo sắt phản ứng transesterification, Calcium oxide (CaO) loại vật lệ xẻ tiền, hoạt

tính cao, dễ kiểm, là một trong những chất xúc tác rắn được sử dụng nhiều nhất cho phản ứng

transesterification cba céc log du va triglyceride kh nhau [9], Ce oxide vi mudi chloride

‘kim logi chuyén tiép duge str dung rong rai trong phan img transesterification liên quan đến

dẫu thực vật [I0

2

So với cúc loại dầu thực vật ăn được: dẫu đậu nành, dẫu hạt ải rong sản xuất dầu

diesel sinh hge, tinh bén ving diu Jatropha curcas không ăn được là mang tinh bên vững, là

ếu tổ quyết định giáp cạnh tranh về mặt kính tế và tránh gây ra sự tăng giá lương thực Việ Nam, giống cây Jatropha curcas chưa được trồng theo một quy mô khu vực [11] Do đó, cần

số những đề ải nghiên cứu về đầu loại đầu này, Đặc tính chấy của đầu diesel sinh hoe Jatropha

tương tự như dầu diesel và các đặc tính như thời gian đánh lửa, nhiệt độ đánh lửa và giải

vue dai của hỗn hợp dầu diesel sinh học cũng có thể so sánh với nhiên liệu diesel

Vi vay, dé tải tông hợp NiO/CaO từ vỏ sò huyết làm chất xúc tác trong nghiên cứu

phản ứng transesteriication từ đầu Jaropha curcas Tác giá thực hiện khảo sắt các nhiệt độ, transesterification,

1.3 Dau Jatropha cureas

‘Vige thương mại toàn cầu hóa biodiesel chủ yếu hướng tới Liên minh châu Âu, nơi các

chính sách năng lượng tái tạo khuyến khích tiêu thụ nhiên liệu vận tải bằn vững [13] Biodisel

đang là nguồn nhiên liệu thay thé dau thô có nguồn gốc từ nguồn sinh học: dẫu không ăn và

ăn được, mỡ động vật dẫu ăn thải qua quá tình ch biển Nguồn cung icselsinh họ của thé

giới dự kiến sẽ vượt 33 tỷ lít vào năm 2016 và đạt 41,4 tỷ lít vào năm 2025, tăng 25% so với mức của năm 2016 [14] Vi

rộng ở nhiều khu vực trên thể giới, đặc biệt là nước kinh tế mới như Brazil [15] Các quốc gia thụ dầu điesel sinh học được chủ trọng mở

sản xuất đậu nành, trong đó có cả Brazil, đã chứng kiến những tác động lên thị trường đậu

nành của họ do việc tiêu thụ mạnh mẽ dẫu dicsel sinh học làm từ đậu nành [16] Dẫu cọ, đậu

nành, hạt cải và hướng đương được sản xuất biodiesel trọng điểm nhằm sản xuất biodiesel,

đối với một số ít quốc gia chiếm phần lớn sản lượng và thương mại toàn cầu [17]

Du Jatropha curcas, duge chiết xuất từ hạt của cây Jatropha cureas, có nhiều ứng dạng Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng dầu hạ Jaropha curcas chứa hàm lượng tỷ lệ dẫu cao

Phi hap cho sản xuất Bost [8], Các nh chất a 1 ca dẫu có chút thay đổi tùy theo tố: kiểu gene và độ tuổi ảnh hưởng đến các tính chit vé ham lượng acid béo ty do, chi sé iodine va chi số xa phòng hóa [18] Ngoài ra, đầu Jatropha curcas cồn được sử dụng hủy ở nhiệt cao, mức năng lượng tỉa cực tím, tỉnh chất ky nước và khả năng kháng acid/base

3

eureas được biết đến vớ tỉnh chất độc, gây a các bệnh cắp tính như nhiễm độc gan và viêm

dạ dày ruột [19] Nhìn chung, diu Jatropha curcas là một nguồn tài nguyên đáng quan tâm

trong sin xuất Biodiesel có cả im năng công nghiệp và dược phẩm, nhưng cổ các độc tỉnh,

cần đôi hỏi nghiên cứu thêm để sử dụng an toàn

seed with exposed kernel wie tin coat hema! with

Hình 1, Hat Jatropha cureas (20)

“Cây atropha curcas là loi cây tiểm năng sản xuất biodiesel không ăn được và chưa

phổ biến, nhưng đang được chú ý trong việc sản xuất biodiesel Cây này có hảm lượng dầu

cao và có thể trồng ở những vùng đất nghèo hoặc cin di Dau tr hat cia cay Jatropha cureas

có thể được chuyển đổi thành biodiesel thông qua các phương pháp: chiết bằng dung môi

hoặc chuyển hoá bing ki n Các đặc tính dầu từ cây Jatropha cureas đáp ứng các tiêu chuẩn

vẻ chất lượng Biodiesel Mặc dù cây này được xem fa nguồn nguyên ligu cho dau biodesel va

có giả trị thị trường, nhưng việc trằng trọt và cung cấp vẫn chưa đáp ứng đủ nhu cầu toàn cầu

thiên khả

về sinh khối Do đó, kỹ thuật nuôi cấy mô thực vật đang được nghiên cứu để

năng cung cắp sinh khối Cây Jatropha curcas cũng có tiểm năng giúp cải thiện cuộc sống ở

nông thôn và giảm thiểu ô nhiễm so với nhiên liệu hón thạch

Sản xuất biodiesel từ các nguồn đầu thực vật, động vật và dầu ăn thải là một giải pháp mang tỉnh bên vững trong tỉnh hình năng lượng thế giới hiện nay: Sản xuất dầu inh học diesel, tác đồng thể truyễn thống như sodium hydroxide hoặc sulfmi acid [21] Xúc tác CaO đã

được nghiên cứu phổ biển nhằm sản xuất biodiesel do tính hiệu quả và khả năng tái tạo của

vật liệu Các đề tài đã công bổ rằng CaO có hoạt tính xúc tác tiểm năng có thể được lấy từ

nhiều nguồn khác nhau, bao gồm đá vôi, mẫu thực vật và vỏ c [221123] Theo những kết quả

này, vật liệu xúc tác CaO thúc đây phản ứng, đặc biệt là chất xúc tác có nguồn gốc từ các

nguồn tái tạo, phế thi cổ tiềm năng lớn để sản xuất dầu Biodiesel & cée nước như Việt

Nam, góp phần thực hiện nại

ên cứu năng lượng bền vũng, Tổng hợp vật liệu xúc tác kích thước hạt nano CaO từ võ ốc tăng higu suit biodiesel [23] Nghiên cứu đã chứng mình rằng

4

CaO thú được từ vỏ sồ huyết có đặc tính kháng khuẩn chẳng lại Escheriehia coli [24] và có

thể được sử dụng làm chất xúc tác để sản xuất dầu Biodiesel thông qua các phản ứng

tranesterfieation [25] [26] Ngoài ra, vỏ CaO sở huyết được tổng hợp mục đích xúc tác quang, đặc biệt là trong quá

như nung để chuyén calcium carbonate (CaCO;) thành caleium oxide (CaO) [28] Chất thải h phân hủy nước thải của nhà máy dầu cọ (POME) [27].Các quá trình

vỏ sở huyết được xác định hàm lượng CaO 97,1%, được bing việc phân tích XRF trong nghiên cứu sản xuất bột CaCO; sinh học [S]

Linh hoạt và

Những nghiên cứu trên đã nêu bật đặc idm ning của việc sử dụng

xtc tie trong công nghiệp và môi trường, Kết hợp với việc các quán nhậu tiêu thy sở tăng

HCOOCR, + 3ROH <ŠEŠ#'= R,COOR + Hộ 0H COCR,

oil) (Biodiesel)

Nhìn chúng, CaO có nguồn gốc tử vỏ sở huyết là nguồn tải nguyên đa năng và có gid

in nhiều trị cho các ứng dụng ngành công nghiệp Nghiên cứu về xúc tác ị thể được thực đồi khác nhau, Do đó, đề ải tye hign phn ig tranestrification cho du Jatropha curcas

bằng xúc tác đị thể CaO có tẳm kim loại nickel Những số liệu thống kế bang nay nêu bật lĩnh

Vực quan trong xúc tác dị thể trong nghiên cứu sản xuất biodiesel Bảng 1 cho thấy việc sử dung CaO làm xúc tác khá phổ biển và đạt kết quả nhất định

“Bảng 1 Các nghiên cứu trước đâ) tổng hợp biodiesel

Dầu đậu nành CaO/Ag MeOH, 13:1 180 + 90,95 An wco NiO/CaO MeOH 18:1 180 65 97,30 132]

Đầu cọ V6 s6 thai MeOH 91 240 65 9 135] Dau jatropha NO MeOH 151 300 65 338 36)

Ni(NOs)-6H:0 Merck 99,9998% nickel My

Bằng 3 Thiế bị và đăng cụ nữ dựng trong để tài

3.3 Thực nghiệm

3.2.1 Phương pháp tổng hợp CaO từ vỏ sò huyết

`Võ sò huyết được thụ gom ở quản ốc trên đường Song Hành Dem về rửa sạch bằng nước nhiều Lin, Sau dé, đem sấy ở Say ở 105°C trong 6h, Tiếp theo, đập vỡ các mảnh sò huyết

bing bia, Dem nung mẫu sò huyết ở 500°C trong 3h, tục đem nung mẫu sở hu

900C tong 4h Cuối cùng rây mẫu sò huyết sau khi nung với đường kính rấy d<0,125 mm

“Quy trình tổng hop CaO từ võ sở huyết được liệt kê cụ thể trong quy trình ở /fin# 2

Quy trình tông hợp xúc tác NiO/CaO được trình bay & Hinh 6 Tam mudi nickel vao

trong CaO với lệ cuối công NỹCaO là I/14 hoặc 92KT của Nỉ kim lo li 6.5% ngậm nước 9.90 Ni(NO,):611:O

8

Impregnation (Phuong phip tim wt)

Bước 1 Pha dung dich mudi NỈ" trong nước cắt 2 Lin

Phương pháp thắm tốt muối vào CaO được thực hiện bằng cách đùng ống pipet nhựa

È* vào các điểm khác nhau 2§g CaO và dùng muỗng trộn đều

nhỏ 4-5 giợt dung dịch muối

Tiếp tục trộn và khuấy trong 2 iếng cho đều hỗn hợp dinh và nhão mâu xanh lợi đồng đều Bước 2 Sau khi trộn hết dung dịch muối vio CaO, tráng cốc bằng 1-2 ml Dùng giấy, nhôm boe kin, Dé hỗn hợp ở nhiệt độ phòng trong thời gian 1Sh cho quá trình thẩm ướt diễn

Bước 3, Sau 15h, khoét 4-5 đường trên giấy nhôm, đưa cốc thành phẩm vào tủ, sấy

28,05g CaO số huyết 9,90 Ni(NO3)2-6H0 + 35m nude

'Nghiễn xúc tác Ray mẫu

“Xúc tác NiO/CaO sò huyệt

Hình 3 Quy trình tổng hợp xúc tác NiO/CaO từ vỏ sỏ huyết

3.2.3 Phân ứng esterfieation

Quy trình xử lý dầu Jatropha curcas bằng acid H;SO,

Bước 1 Chuẩn bị hỗn hợp phản ứng bằng cách pha mẫu với 20 ml dầu Taropha cureas

và 0,02 mÌ H;SOs (20 micro lí) Nhỏ tiếp 10 mÌ CH;OH

Bước 2 Khuẩy tử nhiệt ở 67" rong Ih bình cầu v

Bước 3 Sau phản ứng đợi bình cầu hạ nhiệt độ xuống Chiết hỗn hợp vio phẫu chiết, đợi 30 phút tách lớp hỗn hợp,

Bước 4 Lấy lớp dầu đã xử lý aid ở phía dưới đem đi sấy 5-10 phúc

Nhóm nghiên cứu đã khảo sát mẫu đầu sau khi xử lý acid có độ chuyển hóa FAME đạt 4,84% Độ chuyển hóa này là không đáng kể,

“Xác định chỉ số acid béo tự do trong dầu Jatropha curcas:

Bước 1: Chuẩn độ NaOH ning a 1M bing HICI ning d 1M.

-+ V là thể tích của dung dịch chuẩn NaOH (ml)

+ C là nồng độ dung dịch chuyển NaOH (mol/l)

-+M là khối lượng của acid được chọn để biễu thị kết quả (M= 282 g/mol)

Bước đầu lấp hệ thông ống sinh hà

ứng gdm m gam chất xúc tác NiO/CaO, m gam diu Jatropha curcas vi léy thé V ml MeOH

1100 ml, Lara khi cân methanol

{ho tif mol MeOH: Oil 24:1 (18:1; 12:1 va 6:1) vio bink

phải thao tác nhanh tránh bị bay hơi dẫn dén ti lg MeOH:Oil bj sai Kh, Sau khi np sé ligu,

cho cá từ vào bình cầu và lắp bình cầu vào hệ thống ống sinh hản Khuấy và gia nhiệt đều đến

nhiệt độ 67°C bắt đầu ính thời điểm phản ứng Sau phản ứng, đ bình cầu yên cho nguỗi hỗn

hợp, đưa hỗn hợp dầu sinh học diesel ống nghiệm để loại bỏ xúc tác lần 1, Dung dịch lọc đem

im 70 - 80*€ để đuổi các

tách chiết lấy phần biodiesel (lớp mẫu vàng nhạt) nung ở nhiệt độ

dung môi tránh bị nhiễu kết quả Cuối cùng, chuẩn bị mẫu đẻ đem đi đo GS-MS

mg) đầu latropha curas Vom) methanol

Tỉ lệ MeOHEOiI (30:1; 24:l; 18]; 12:1 và 6:1) Loại bỏ xúc tắc, dung môi

= Gay

“phn teh GC-MS “Chuẩn bị mẫu

Hinh 5, Quy trình thực nghiệm sản xuất Biodiesel bing xt te di thé

Dé tai nghiên cứu khảo sát hiệu quả của loại xtc tée NiO/CaO từ vỏ sò huyết so với

CaO võ số huyết đơn trên dẫu atropha Creas không xử lý acid hoặc xử lý acid trong quá tíề mol MeOH:OII được khảo sắt nhiều lần Các bước thực nghiệm được tổng kết ở Bứng 4