Nghiên cứu khảo sát các yếu tố Ảnh hưởng Đến quá trình tổng hợp cồn khô từ dầu Ăn thải

4 LỜI CẢM ƠN Báo cáo khóa luận tốt nghiệp chuyên ngành Hóa dược với đề tài “Nghiên cứu khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp cồn khô từ dầu ăn thải” là kết quả của quá

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

KHOA HÓA HỌC

NGUYỄN LÊ HÂN

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

2

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

KHOA HÓA HỌC

NGUYỄN LÊ HÂN

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Đề tài:

NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP

CỒN KHÔ TỪ DẦU ĂN THẢI

Giáo viên hướng dẫn

TS NGUYỄN THỊ THU HỒNG

Đà Nẵng, tháng 4 năm 2024

3

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi

Các số liệu, kết quả trong báo cáo là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Đà Nẵng, ngày 15 tháng 04 năm 2024

Tác giả

Nguyễn Lê Hân

4

LỜI CẢM ƠN

Báo cáo khóa luận tốt nghiệp chuyên ngành Hóa dược với đề tài “Nghiên cứu

khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp cồn khô từ dầu ăn thải” là kết

quả của quá trình cố gắng không ngừng nghỉ của bản thân em và được sự giúp đỡ, động viên, khích lệ của các thầy cô, bạn bè và người thân Trên thực tế, không có sự thành công nào mà không gắn liền với những sự hỗ trợ, giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của người khác Với sự trân trọng và biết ơn sâu sắc, em xin gửi lời cảm

ơn chân thành tới những thầy cô khoa Hóa học trường Đại học Sư phạm – Đại học Đà Nẵng đã giúp đỡ tôi trong thời gian học tập – nghiên cứu vừa qua

Em xin tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đối với cô Nguyễn Thị Thu Hồng đã trực tiếp tận tình hướng dẫn cũng như cung cấp tài liệu thông tin khoa học cần thiết cho luận văn khóa luận tốt nghiệp này

Em xin chân thành cảm ơn cô Lê Thị Tuyết Anh và thầy Nguyễn Văn Din đã nhiệt tình hỗ trợ thiết bị, cơ sở vật chất, môi trường làm việc và góp ý cho em trong quá trình thí nghiệm

Xin cảm ơn các bạn sinh viên Khoa Hóa học – Trường Đại học Sư phạm – Đại học Đà Nẵng, các bạn sinh viên lớp 20CHD đã cộng tác thực hiện đề tài này

Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình vì đã luôn tạo điều kiện

cả về vật chất lẫn tinh thần để em có thêm động lực hoàn thành tốt bài báo cáo của mình

Với vốn kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế của bản thân nên bài báo cáo này không thể tránh được những thiếu sót Em rất mong nhận được sự chỉ bảo, đóng góp ý kiến của quý thầy cô để em có điều kiện bổ sung, nâng cao kiến thức của mình

Cuối cùng, em kính chúc quý thầy cô dồi dào sức khỏe, thành công trong sự nghiệp cao quý, luôn gặt hái được nhiều thành công tốt đẹp trong công việc

Em xin chân thành cảm ơn!

Đà Nẵng, ngày 10 tháng 04 năm 2024

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Lê Hân

5

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Tên viết tắt Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt

AV Acid value Chỉ số acid

D1 WCO từ tiệm chiên cá viên

D1’ WCO D1 đã được xử lý bằng bentonite D2 WCO từ hộ gia đình

D3 WCO từ quán cơm gà

EtOH Cồn Ethanol

FFA Free fatty acids Chỉ số acid béo tự do

FFD Fraction factorial design Thiết kế thí nghiệm giai thừa phân đoạn

IV Iod value Chỉ số Iod

PV Peroxide value Chỉ số Peroxide

SV Saponification value Chỉ số xà phòng hóa

T% Độ truyền qua

WCO Waste cooking oil Dầu ăn thải

6

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 1 1 Phản ứng giữa các nhóm acyl nội phân tử 23

Hình 1 2 Phản ứng tạo vòng từ các nối đôi nội phân tử 24

Hình 1 3 Phản ứng oxy hóa theo cơ chế gốc tự do 24

Hình 1 4 Bentonite thô 27

Hình 1 5 Cấu trúc montmorillonite 28

Hình 2 1 Các mẫu WCO thu nhận 30

Hình 2 2 Sơ đồ quy trình thí nghiệm tổng hợp cồn khô 33

Hình 2 3 Thiết bị đo độ nhớt 35

Hình 2 4 Hệ thống ngưng tụ hồi lưu 39

Hình 2 5 Cồn khô Gia Phát loại I (GP) 45

Hình 2 6 Quy trình xử lý dầu thải và bentonite 46

Hình 3 1 Các mẫu WCO thu nhận 47

Hình 3 2 Phổ FT - IR 3 nguồn dầu D1, D2,D3 48

Hình 3 3 Sắc ký đồ GC-MS của mẫu dầu D1 49

Hình 3 4 Hệ thống đun hồi lưu tại phòng thí nghiệm 49

Hình 3 5 Phổ FT - IR của mẫu EtOH 96 độ 51

Hình 3 6 Phổ FT - IR của mẫu cồn khô và cặn sau khi đốt khi khảo sát lựa chọn WCO 51

Hình 3 7 Biểu đồ biểu diễn thời gian cháy của mẫu cồn khô khi tổng hợp từ D1 và D3 52

Hình 3 8 Phổ FT - IR của sản phẩm cồn khô khi khảo sát nồng độ EtOH 55

Hình 3 9 Phổ FT - IR của cặn sản phẩm sau khi đốt khi khảo sát nồng độ EtOH 55

Hình 3 10 Biểu đồ biểu diễn thời gian cháy của mẫu cồn khô khi tổng hợp từ EtOH 96o, 94o 56

Hình 3 11 Phổ FT - IR của sản phẩm cồn khô khi khảo sát thời gian 58

Hình 3 12 Phổ FT - IR của mẫu cặn sau khi đốt khi khảo sát thời gian phản ứng 58

Hình 3 13 Biểu đồ biểu diễn thời gian cháy của mẫu cồn khô khi tổng hợp ở các khoảng thời gian khác nhau 59

Hình 3 14 Phổ FT - IR của sản phẩm cồn khô khi khảo sát lượng NaOH 61

Hình 3 15 Phổ FT - IR của cặn cồn khô sau khi đốt khi khảo sát lượng NaOH 62 Hình 3 16 Biểu đồ biểu diễn thời gian cháy của mẫu cồn khô với các lượng NaOH khác

7

nhau 63

Hình 3 17 Phổ FT - IR của sản phẩm cồn khô khi khảo sát tỷ lệ WCO : EtOH 65

Hình 3 18 Phổ FT - IR của cặn cồn khô sau khi đốt khi khảo sát tỷ lệ WCO : EtOH 65 Hình 3 19 Biểu đồ biểu diễn thời gian cháy của mẫu cồn khô với các tỷ lệ WCO : EtOH khác nhau 66

Hình 3 20 Phổ nhiễu xạ tia X của mẫu cồn khô từ WCO 67

Hình 3 21 Cồn khô thị trường và Cồn khô tổng hợp từ WCO 70

Hình 3 22 Phổ XRD của mẫu cồn khô thị trường và cồn khô tổng hợp từ WCO 71

Hình 3 23 Phổ XRD của mẫu cồn khô được tổng hợp từ WCO đã xử lý bằng bentonite so với cồn khô từ WCO 72

8

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1 1 So sánh một số thành phần acid béo của dầu ăn đã qua sử dụng với một số

loại dầu thực vật điển hình 22

Bảng 2 1 Hóa chất phân tích các chỉ số hóa học của dầu thải 30

Bảng 2 2 Dụng cụ hỗ trợ phân tích các chỉ số hóa học của WCO và tổng hợp cồn khô 31

Bảng 2 3 Thiết bị hỗ trợ tổng hợp và phân tích sản phẩm cồn khô từ WCO 32

Bảng 3 1 Đánh giá cảm quan sơ bộ một số nguồn WCO 48

Bảng 3 2 Một số chỉ tiêu hóa học của các nguồn WCO 48

Bảng 3 3 Thành phần các chất có trong D1 49

Bảng 3 4 Hình ảnh sản phẩn cồn khô và cặn cháy sau khi đốt khi khảo sát chọn loại dầu 50

Bảng 3 5 Kết quả phân tích chỉ tiêu của các mẫu sản phẩm cồn khô được tổng hợp từ D1, D2, D3 52

Bảng 3 6 Hình ảnh sản phẩm cồn và cặn sau khi đốt khi khảo sát nồng độ EtOH 53

Bảng 3 7 Kết quả phân tích chỉ tiêu của các mẫu sản phẩm cồn khô khi khảo sát sự thay đổi nồng độ EtOH 55

Bảng 3 8 Hình ảnh sản phẩm cồn và cặn sau khi đốt khi khảo sát thời gian phản ứng 57

Bảng 3 9 Kết quả phân tích một số chỉ tiêu của các mẫu sản phẩm cồn khô được tổng hợp trong những khoảng thời gian khác nhau 59

Bảng 3 10 Hình ảnh sản phẩm cồn và cặn sau khi đốt khi khảo sát lượng NaOH 60

Bảng 3 11 Kết quả phân tích một số chỉ tiêu của các mẫu sản phẩm cồn khô theo các lượng NaOH khác nhau 62

Bảng 3 12 Hình ảnh sản phẩm cồn và cặn sau khi đốt khi khảo sát tỷ lệ WCO : EtOH 64

Bảng 3 13 Kết quả phân tích một số chỉ tiêu của các mẫu sản phẩm cồn khô theo các tỷ lệ 66

Bảng 3 14 Nhân tố và các mức độ bố trí 68

Bảng 3 15 Bố trí thí nghiệm 68

Bảng 3 16 Bảng ANOVA cho mô hình hồi quy 68

Bảng 3 17 Kết quả hệ số hồi quy 68

9

Bảng 3 18 Kết quả thực nghiệm 69 Bảng 3 19 So sánh chỉ tiêu của mẫu sản phẩm cồn khô được sử dụng trên thị trường và cồn khô tổng hợp từ WCO 70 Bảng 3 20 Các chỉ tiêu đốt cháy của cồn khô có nguồn dầu đã được xử lý bằng bentonite

và WCO 71

10

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 3

LỜI CẢM ƠN 4

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 5

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH 6

DANH MỤC CÁC BẢNG 8

MỤC LỤC 10

MỞ ĐẦU 14

1 Tổng quan tình hình 14

2 Tính cấp thiết và lý do chọn đề tài 15

3 Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài 16

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 17

4.1 Đối tượng nghiên cứu 17

4.2 Phạm vi nghiên cứu 17

5 Phương pháp nghiên cứu 18

5.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 18

5.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 18

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 18

7 Kết cấu của đề tài 18

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 20

1.1 Dầu thực vật 20

1.1.1 Khái niệm và phân loại 20

1.1.2.Thành phần hóa học 20

1.1.2.1 Các thành phần hóa học chính 20

1.1.2.2 Các thành phần phụ 20

1.1.3.Tính chất vật lý của dầu thực vật 21

11

1.2 Dầu ăn thải sau quá trình sử dụng 22

1.2.1.Nguồn gốc 22

1.2.2.Thành phần hóa học 22

1.3 Tình hình nghiên cứu về ứng dụng WCO trên thế giới và Việt Nam 25

1.3.1.Sản xuất xăng sinh học (Biodiesel) từ WCO 25

1.3.2.Sản xuất chất bôi trơn sinh học từ WCO 25

1.3.3.Sản xuất cồn khô từ WCO 25

1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp cồn khô từ WCO 25

1.4.1.Loại dầu 26

1.4.2.Nồng độ Ethanol 26

1.4.3.Thời gian 26

1.4.4.Lượng NaOH 26

1.4.5.Tỷ lệ WCO : EtOH 26

1.5 Bentonite 27

1.5.1.Giới thiệu bentonite 27

1.5.2.Ứng dụng của bentonite 28

1.6 Thiết kế thí nghiệm và phương pháp thiết kế giai thừa phân đoạn (DoE) 28

CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM 30

2.1 Nguyên liệu, hóa chất, dụng cụ, thiết bị 30

2.1.1 Nguyên liệu 30

2.1.2 Hóa chất 30

2.1.3 Dụng cụ 31

2.1.4 Thiết bị 32

2.2 Sơ đồ quy trình thí nghiệm 33

2.3 Tiền xử lý và xác định một số chỉ tiêu cảm quan và hóa lý của WCO 34

2.3.1 Cảm quan 34

12

2.3.1.1 Màu sắc 34

2.3.1.2 Mùi 34

2.3.1.3 Độ trong 34

2.3.2 Tiền xử lý dầu thải 35

2.3.3 Xác định độ nhớt của WCO bằng dụng cụ đo Osval 35

2.3.4 Xác định tỷ khối của WCO 35

2.3.5 Xác định hàm lượng nước trong dầu theo TCVN 6118:1966 (ISO 934:1980) 36

2.3.6 Phương pháp xác định chỉ số AV và FFA trong dầu 36

2.3.7 Phương pháp xác định chỉ số SV của dầu 37

2.3.8 Phương pháp xác định chỉ số IV của dầu 37

2.3.9 Xác định chỉ số PV của dầu 37

2.4 Quy trình tổng hợp cồn khô từ WCO 38

2.4.1 Khảo sát chọn loại dầu thải thích hợp nhất cho quá trình tổng hợp cồn khô 39

2.4.2 Khảo sát nồng độ EtOH thích hợp cho quá trình tổng hợp cồn khô 40

2.4.3 Khảo sát thời gian phản ứng thích hợp cho quá trình tổng hợp cồn khô 40

2.4.4 Khảo sát lượng NaOH thích hợp cho quá trình tổng hợp cồn khô 40

2.4.5 Khảo sát tỉ lệ WCO và thể tích cồn thích hợp cho quá trình tổng hợp cồn khô 41

2.5 Phân tích và đánh giá một số chỉ tiêu của sản phẩm cồn khô 41

2.5.1 Xác định thời gian cháy 41

2.5.2 Xác định tỉ lệ cặn cháy 41

2.5.3 Xác định nhiệt trị của sản phẩm cồn khô 42

2.6 Phương pháp đo phổ hồng ngoại FT - IR 42

2.7 Phương pháp quang phổ nhiễu xạ tia X (XRD) 43

2.8 Phương pháp sắc ký khí – quang phổ khối (GC-MS) 44

2.9 Thiết kế thí nghiệm và phương pháp thiết kế giai thừa phân đoạn (DoE) 44

13

2.10 So sánh cồn khô thương mại và cồn khô được tổng hợp từ dầu ăn sau sử dụng 45

2.11 Phương án cải thiện chất lượng cồn khô được tổng hợp từ dầu ăn sau sử dụng 45

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 47

3.1 Đánh giá cảm quan sơ bộ các nguồn WCO 47

3.2 Phân tích một số chỉ tiêu lý hóa của nguồn dầu thải 48

3.3 Kết quả đo GC – MS của dầu thải D1 49

3.4 Lựa chọn loại dầu thải thích hợp nhất cho quá trình tổng hợp cồn khô 49

3.5 Kết quả khảo sát nồng độ EtOH thích hợp cho quá trình tổng hợp cồn khô 53

3.6 Tối ưu thời gian xà phòng hóa trong quá trình sản xuất cồn khô 56

3.7 Kết quả khảo sát lượng NaOH thích hợp cho quá trình tổng hợp cồn khô từ WCO 60

3.8 Kết quả khảo sát tỉ lệ WCO : EtOH thích hợp cho quá trình tổng hợp cồn khô 63

3.9 Kết quả phân tích nhiễu xạ tia X (XRD) của mẫu sản phẩm cồn khô tối ưu 66

3.10 Kết quả thiết kế thí nghiệm và phân tích số liệu 67

3.10.1 Kết quả thiết kế thí nghiệm 67

3.10.2 Kết quả xử lý số liệu 68

3.11 Kết quả so sánh mẫu cồn khô được tổng hợp với mẫu sản phẩm cồn khô sử dụng trên thị trường 70

3.12 Phương án cải thiện thời gian cháy của cồn khô tổng hợp từ WCO 71

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 73

1.Kết luận 73

2.Kiến nghị 74

TÀI LIỆU THAM KHẢO 75

từ đó sẽ gây tắc nghẽn hệ thống thoát nước [3] Việc xả WCO không qua xử lý không những gây ô nhiễm mạch nước ngầm và làm mất cân bằng hệ sinh thái mà còn ảnh hưởng đến sức khỏe và đời sống của hàng triệu người [4] Do đó, việc xử lý WCO một cách hợp lý ngày càng được quan tâm tại Việt Nam nói riêng và trên toàn thế giới nói chung

Ở Việt Nam việc xử lý và loại bỏ WCO đã được phổ biến trong toàn dân, tuy nhiên vẫn chưa được thực hiện hiệu quả, một phần vì chi phí đầu tư cho việc xử lý rất tốn kém, một phần vì ý thức xử lý WCO của người dân chưa được tốt dẫn đến một lượng lớn WCO tiếp tục được xả tràn lan vào môi trường, gây ra các vấn đề nghiêm trọng cho động, thực vật và sinh vật biển [5] Như vậy, có thể thấy rằng, nếu WCO bị thải bỏ không đúng cách sẽ gây ô nhiễm môi trường, nhưng nếu xử lý sẽ tốn rất nhiều chi phí Vì thế, việc tái chế WCO được coi là giải pháp tối ưu, vì vừa làm giảm nguồn thải cần xử lý, vừa là nguồn nguyên liệu đầu vào để tạo ra các sản phẩm khác như dầu diesel sinh học, chất bôi trơn sinh học, nhựa alkyd, sản phẩm giặt rửa, Chính vì vậy, trong những năm gần đây, nghiên cứu liên quan đến việc tái chế WCO đang được các nhà khoa học đặc biệt quan tâm Trong đó, hầu hết các nghiên cứu này đều tập trung vào việc tái chế WCO thành xăng sinh học, chỉ một số ít các công trình nghiên cứu đề cập đến vấn đề tái chế WCO thành cồn khô, nên việc xác định các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp cồn chô từ WCO trở nên rất cần thiết

Tổng hợp các nghiên cứu gần đây, có thể nhận thấy rằng các phương pháp chính của việc tạo ra cồn khô sử dụng WCO được thực hiện thông qua phương pháp một bước [2] và phương pháp công nghệ vi sóng và xúc tác [6] Trong đó, phương pháp công nghệ

15

vi sóng và xúc tác đòi hỏi công suất vi sóng cao (530 W) trong thời gian dài và thời gian chiếu xạ từ 10 đến 60 phút, sử dụng các nguyên liệu có chi phí cao, chẳng hạn như stearide acid [6] Trên thực tế, phương pháp một bước là một phương pháp khả thi để chuyển hóa WCO thành cồn khô nhờ thanh khuấy từ và hệ thống ngưng tụ hồi lưu [7]

Việc tận dụng acid béo từ nguồn WCO để sản xuất cồn khô bằng phương pháp 1 bước là một cách tiếp cận mang tính bền vững, có lợi về mặt kinh tế và thân thiện với môi trường Cụ thể, nguyên liệu từ WCO, có thể được chuyển hóa thành cồn khô, một sản phẩm có giá trị và có ứng dụng rộng rãi Một mặt, phương pháp này giúp giảm tiêu thụ nguồn nguyên liệu thô bằng cách tận dụng lại nguồn nguyên liệu tái chế, qua đó giúp tối ưu hóa chi phí sản xuất và giảm thiểu tác động đến môi trường do WCO gây ra Mặt khác, việc tái chế WCO giúp thu hồi lượng chất thải này, ngăn ngừa sự phát thải không đúng quy cách ra môi trường cũng như làm giảm chi phí đầu tư cho quá trình xử lý loại chất thải này

2 Tính cấp thiết và lý do chọn đề tài

Để hạn chế những ảnh hưởng tiêu cực từ WCO, các nghiên cứu liên quan đến việc tái chế chúng ngày càng được quan tâm nhiều hơn nhằm góp phần giải quyết được bài toán về tìm nguồn nhiên liệu thân thiện với môi trường, tiết kiệm chi phí đầu vào trong quá trình sản xuất, việc tận dụng nguồn dầu thải tưởng chừng như vô ích này lại

có thể mang đến những lợi ích vô cùng to lớn, có những tác động tích cực đến môi trường, đóng góp vào việc tối ưu hóa sử dụng tài nguyên [4] Hiện nay các công trình nghiên cứu về nguồn nhiên liệu này là chưa nhiều và chưa khảo sát hết các loại dầu cần tái chế, chưa khảo sát đầy đủ các thông số cũng như điều kiện nhằm tối ưu hóa quá trình này Trên thế giới hiện nay đã có một số công trình nghiên cứu về nguồn nghiên liệu xanh cồn khô như nghiên cứu của nhóm tác giả Baghani và cộng sự (2022), nghiên cứu này điều tra xem giá trị gia nhiệt của cồn khô tăng như thế nào khi giá trị Iod value (IV) của WCO giảm và đã chứng minh tính khả thi của việc sử dụng cồn khô và sáp nến [8] Ngoài ra còn có nghiên cứu của Ying và cộng sự (2018) nghiên cứu về vấn ảnh hưởng của liều lượng Sodium hydroxide (NaOH) và loại dầu đến hiệu suất đốt cháy [2], nghiên cứu của Denic và cộng sự (2022) đã khám phá các đặc tính vi mô và hóa lý của cồn khô cũng như khả năng sử dụng cồn khô làm máy hâm nến [9] Đặc biệt, tại Việt Nam hiện chưa có nhiều nghiên cứu về vấn đề này, chỉ ở bước đầu tìm hiểu sơ bộ nghiên cứu với các nguồn dầu thải phổ biến ở Việt Nam và chưa xác định các thông số tối ưu của quá

16

trình

Việc chuyển hóa WCO thành cồn khô phụ thuộc vào các điều kiện, yếu tố khác nhau như nồng độ EtOH, thời gian, lượng chất tham gia phản ứng, Chính vì vậy, việc nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp cồn khô là rất quan trọng và cần thiết, nhằm nâng cao hiệu quả của quá trình chuyển hóa, tiết kiệm năng lượng và nhiên liệu, hướng đến thúc đẩy kinh tế tuần hoàn và “zero waste”

Đó chính là lý do cũng như động lực để tôi thực hiện đề tài “Nghiên cứu khảo sát

các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp cồn khô từ dầu ăn thải” Nghiên cứu này

tập trung vào việc tái sử dụng dầu ăn phế thải tạo ra sản phẩm cồn khô bằng phương pháp một bước sử dụng acid béo (trong WCO) và kiềm đảm bảo hiệu quả tái sử dụng nhiên liệu và tiết kiệm chi phí sản xuất Kết quả nghiên cứu vừa mang lại lợi ích kinh tế nói chung, đồng thời góp phần giúp cải thiện môi trường một cách hiệu quả, từng bước hướng tới phát triển bền vững môi trường đô thị

3 Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài

Thu thập, đánh giá chất lượng, tính chất hóa lý của các loại WCO từ các nguồn khác nhau

Lựa chọn WCO để tiến hành khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp cồn khô dựa vào tính chất hóa lý như chỉ số iod (IV), chỉ số xà phòng hóa (SV), chỉ

Đánh giá sản phẩm cồn khô bằng các thông số như nhiệt trị, thời gian cháy, tỷ lệ cặn …Thêm vào đó, kết hợp với các phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD), phương pháp

đo phổ hồng ngoại (FT - IR) để đánh giá chất lượng thành phẩm

So sánh cồn khô tổng hợp được với cồn khô trên thị trường về các tiêu chí nhiệt trị, thời gian cháy, tỷ lệ cặn

Tiến hành thiết kế thí nghiệm, kiểm tra, đánh giá các thông số thực nghiệm bằng

17

quy hoạch thực nghiệm và đề xuất mô hình dự đoán

Đề xuất phương án để nâng cao chất lượng sản phẩm cồn khô

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

4.1 Đối tượng nghiên cứu

- Dầu thải được thu thập từ quán ăn vặt chiên rán cá viên đường phố trên địa bàn thành phố Đà Nẵng, cụ thể tại phường Hòa Xuân, quận Cẩm Lệ

- Dầu thải thu thập từ hộ gia đình tại phường Hòa Khánh Nam, quận Liên Chiểu, thành phố Đà Nẵng

- Dầu thải thu thập từ quán cơm gà tại phường Hòa Khánh Nam, quận Liên Chiểu, thành phố Đà Nẵng

- Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp cồn khô: loại dầu, nồng độ EtOH, thời gian phản ứng, lượng NaOH, tỷ lệ WCO : EtOH

- Thời gian cháy, tỷ lệ cặn, nhiệt trị của sản phẩm cồn khô

- Ảnh hưởng của sự có mặt bentonite

4.2 Phạm vi nghiên cứu

- Nghiên cứu tập trung vào việc khảo sát ảnh hưởng của 5 yếu tố (loại dầu, nồng

độ EtOH, thời gian phản ứng, lượng NaOH, tỷ lệ WCO : EtOH) ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp cồn khô

- Nghiên cứu xây dựng mô hình thiết kế thí nghiệm giai thừa phân đoạn nhằm nghiên cứu ảnh hưởng chung của 3 yếu tố (thời gian, lượng NaOH, tỷ lệ WCO : EtOH) đối với thời gian cháy, qua đó đánh giá sự ảnh hưởng đồng thời của các yếu tố đến thời gian cháy của sản phẩm cồn khô và tìm ra mô hình hồi quy phù hợp

- Các thí nghiệm khảo sát được thực hiện tại phòng Hóa Hữu Cơ dãy B2 trường Đại học Sư phạm - Đại học Đà Nẵng trong thời gian sau:

Tháng 05 ÷ 06/2023 : Thu thập tài liệu, nghiên cứu tài liệu

Tháng 06 ÷ 09/2023 : Thu nhận WCO tại một số điểm trêm địa bàn

Thành phố Đà Nẵng; lên kế hoạch thực hiện Tháng 09 ÷ 12/2023 : Tổng quan và xác định quy trình nghiên cứu tái

chế; phân tích, tổng hợp kết quả

Tháng 03 ÷ 04/2024 : Viết báo cáo

18

5 Phương pháp nghiên cứu

5.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

Tham khảo các công trình nghiên cứu trên thế giới có liên quan đến việc chuyển hóa WCO thành cồn khô

Thu thập dữ liệu nghiên cứu liên quan đến đề tài như: WCO; các quá trình sản xuất nhiên liệu đốt như cồn khô, xăng sinh học; tìm hiểu tài liệu về quá trình phân tích các chỉ tiêu chất lượng dầu mỡ: cảm quan, độ nhớt, tỷ khối; các chỉ tiêu hóa học của dầu

ăn như hàm lượng nước, AV, FFA, SV, IV, PV

Tìm hiểu các yếu tố để tăng thời gian cháy của sản phẩm cồn khô

Tìm hiểu các phương pháp thực nghiệm, thiết kế thí nghiệm, thống kê và xử lý

số liệu liên quan đến đề tài

5.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

- Phương pháp lấy mẫu, thu gom và xử lý mẫu

- Phương pháp đun hồi lưu để tổng hợp cồn khô

- Phương pháp phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)

- Phương pháp đo phổ hồng ngoại (FT - IR)

- Phương pháp xây dựng mô hình thiết kế thí nghiệm giai thừa phân đoạn (DoE)

- Phương pháp sắc ký khí – quang phổ khối (GC-MS)

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Tái sử dụng triệt để dầu ăn phế thải để sản xuất nhiên liệu đốt góp phần làm phong phú thêm các giải pháp sử dụng nguồn chất béo thải, bảo vệ môi trường

Bước đầu khảo sát các thông số chuyển hóa WCO thành cồn khô đạt hiệu quả trong phòng thí nghiệm để tiếp tục tiến hành mô phỏng trong quy mô công nghiệp ảo

Những kết quả có được trong đề tài nghiên cứu này là một nguồn tư liệu có ý nghĩa trong việc cung cấp thông tin các điều kiện chuyển hóa WCO thành cồn khô Qua

đó, nâng cao giá trị ứng dụng của chúng trong ngành công nghiệp

7 Kết cấu của đề tài

Đề tài được trình bày theo cấu trúc như sau:

Chương 1 Tổng quan

- Tìm hiểu khái niệm, phân loại, tính chất hóa lý của dầu thực vật và WCO

- Tìm hiểu tình hình nghiên cứu về ứng dụng WCO trên thế giới và Việt Nam

- Tìm hiểu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp cồn khô từ WCO

19

- Tìm hiểu tính chất của bentonite

- Tìm hiểu phương pháp phân tích sắc ký khí ghép khối phổ (GC – MS)

- Tìm hiểu phương pháp quang phổ hồng ngoại (FT – IR)

- Tìm hiểu phương pháp quang phổ nhiễu xạ tia X (XRD)

- Tìm hiểu phương pháp thiết kế thí nghiệm và phương pháp thiết kế giai thừa phân

đoạn (DoE)

Chương 2 Thực nghiệm

- Thiết bị, dụng cụ, hóa chất

- Xây dựng sơ đồ quy trình thí nghiệm

- Xác định các chỉ tiêu cảm quan và hóa lý của WCO

- Tiến hành quá trình tổng hợp cồn khô từ WCO

- Tối ưu hóa các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp cồn khô từ WCO bao gồm loại dầu, nồng độ EtOH, thời gian phản ứng, lượng NaOH, tỷ lệ WCO : EtOH

- Xác định tính chất và các chỉ tiêu về thời gian cháy, tỷ lệ cặn và nhiệt trị của sản phẩm cồn khô

- Sử dụng phương pháp thiết kế giai thừa phân đoạn DoE để kiểm chứng về mặt thống kê của các biến X lần lượt là thời gian phản ứng, tỷ lệ WCO : EtOH và lượng NaOH đối với biến Y là thời gian cháy và đưa ra phương trình dự đoán sự ảnh hưởng của các yếu tố đó

- So sánh cồn khô được sử dụng trên thị trường và cồn khô được tổng hợp từ WCO

- Đưa ra phương án cải thiện chất lượng cồn khô được tổng hợp từ WCO

Chương 3 Kết quả và thảo luận

20

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Dầu thực vật

1.1.1 Khái niệm và phân loại

Dầu thực vật là loại dầu được chiết suất, chưng cất và tinh chế từ thực vật [10] Dầu thực vật được chia thành 3 loại [11]:

- Dầu và chất béo được chiết suất từ thực vật thường được gọi là dầu thực vật, là hỗn hợp các triglyceride được chiết suất từ thân, hạt hoặc quả của một số loại cây

có dầu như dừa, hướng dương, thầu dầu, đậu phộng, đậu nành, cải dầu, bông, cọ,

- Triglycerid: là thành phần chủ yếu của dầu mỡ, là sản phẩm được tạo thành từ phản ứng của một phân tử glycerol vói ba phân tử acid béo Trên thực tế, dầu và

mỡ đều là sản phẩm chủ yếu của triglycerid phức tạp, chỉ có khi nào một loại acid béo nào đó có hàm lượng cao thì hàm lượng các glycerid đồng nhất mới có số lượng rõ rệt [10]

1.1.2.2 Các thành phần phụ

- Acid béo tự do: chiếm hàm lượng nhỏ khoảng 1 – 5 % Acid béo tự do là các acid monocarboxylic no hoặc chưa no nhưng không liên kết với phân tử glycerol [12]

- Phospholipid

- Các chất không có tính xà phòng hóa: các sterol là thành phần chủ yếu của các chất không xà phòng hóa, trong dầu thực vật được gọi là phitosterol Một vài hợp

21

chất thường gặp như Cholesterol, Stigmasterol, thường hàm lượng của các hợp chất này khoảng trên dưới 1% so với dầu, tuy nhiên cũng có dầu có hàm lượng lên đến 3 - 5% [10]

do chủ yếu làm cho dầu có màu vàng, cam hay đỏ; Chlorophyll cũng chính là nguyên nhân tạo cho dầu có màu xanh tối không mong muốn [11]

- Hợp chất sáp: Hiện diện chủ yếu trong dầu bắp và cải dầu Trong quá trình chế biến, sự tồn tại của hợp chất sáp trong dầu là nguyên nhân chủ yếu gây ra đục dầu Việc tách dầu sáp có thể được thực hiện bằng biện pháp đông hóa dầu ở nhiệt

độ 5 ℃ trước khi lọc [11]

- Hợp chất mùi gốc hydrocarbon: Bao gồm các alkan, alken (squalene) và các hydrocarbon đa vòng có mùi (polycycilic arcromatic hydrocarbons – PAHs) Các hợp chất alkan (C31 – C33) hiện diện trong dầu thô với hàm lượng từ 40-100 ppb, giảm dần sau quá trình tinh luyện [10]

- Vitamin hòa tan trong dầu [10]

1.1.3 Tính chất vật lý của dầu thực vật

- Dầu mỡ nhẹ hơn nước tỉ trọng ở 15 oC khoảng 900 – 980 kg/m3 [13] Mức độ không no càng lớn thì tỉ trọng càng lớn [10]

- Chỉ số khúc xạ 1,448 – 1,474 Mức độ không no càng lớn thì chỉ số khúc xạ càng cao [10]

- Có tính nhớt khá cao, khoảng 40 Centipoise [8]; nhiệt độ càng cao độ nhớt càng giảm, dầu càng chứa nhiều oxy acid thì độ nhớt cao (như dầu thầu dầu) [10]

- Không tan trong nước, cồn lạnh; tan nhiều trong các dung môi hữu cơ như ether, benzene, hexane, xăng, cloroform, [11]

22

- Điểm nóng chảy của dầu mỡ thể hiện không rõ ràng, tùy thuộc vào tính chất của nguyên liệu tạo ra dầu mỡ Khi dây acid béo càng dài, càng no thì độ nóng chảy của triglycerides càng cao, áp suất hơi càng kém do đó có ít mùi, dầu với cấu tạo chỉ yếu là triglycerides mạch ngắn (dầu dừa) thì sự phân hủy sẽ phóng thích các acd béo [10]

1.2 Dầu ăn thải sau quá trình sử dụng

1.2.1 Nguồn gốc

Dầu ăn thải (Waste cooking oil – WCO) là dầu đã qua sử dụng bao gồm phần dầu

và các phụ phẩm lẫn cặn thức ăn trong quá trình chiên rán Dầu được thải ra từ các nhà hàng, các quy trình sản xuất thực phẩm, các cửa hàng thức ăn nhanh mỗi ngày

Dầu ăn đã bị biến đổi nhiều về mặt hóa học và vật lý, tạo ra nhiều hợp chất hóa học không mong muốn sau một số lần tái sử dụng và chúng không thể sử dụng để nấu

ăn được nữa [14]

1.2.2 Thành phần hóa học

Dầu được đun nóng đến nhiệt độ 160 – 200 oC, tùy từng giai đoạn chế biến [14]

Để tiết kiệm chi phí, nhiều nơi đã tái sử dụng lại dầu đã qua chế biến Điều đó gây ra nhiều thay đổi về tính chất vật lý cũng như tính chất hóa học tùy thuộc vào từng loại dầu

và thành phần của dầu đó [5] Một số thành phần acid béo của WCO với một số loại dầu thực vật điển hình được trình bày ở Bảng 1.1

Bảng 1 1 So sánh một số thành phần acid béo của dầu ăn đã qua sử dụng với một số loại dầu thực

vật điển hình [15]

Tính chất Dầu ăn đã

qua sử dụng

Dầu hạt bông Dầu hạt cải Dầu nành

0

11,67 0,89 13,27 57,51

0

3,49 0,84 64,4 22,3

8,23

11,75 3,15 23,26 55,53

- Tăng xu hướng sủi bọt

- Tạo thành các hợp chất dễ bay hơi

- Tăng hàm lượng acid béo tự do

Trong suốt quá trình chiên rán, có 3 loại phản ứng cơ bản được cho là nguyên nhân gây ra các biến đổi hóa, lý của dầu là phản ứng nhiệt phân, phản ứng oxy hóa và phản ứng thủy phân [16]:

- Các phản ứng nhiệt phân: xảy ra khi không có sự hiện diện của oxy ở nhiệt độ cao

• Nếu triglycerides chứa các acid béo bão hòa được đun nóng ở nhiệt độ cao khoảng 180 oC khi không có oxy, chúng sẽ tạo ra các hợp chất alkane, 1-alkene, các acid béo có khối lượng phân tử nhỏ, các ketone đối xứng, các oxopropyl ester, propene và propane diester, diacylglycerol, CO, CO2

• Nếu triglyceride chứa các acid béo chưa bão hòa thì sẽ hình thành các hợp chất dimer Các acid béo chưa bão hòa cũng có phản ứng với các acid béo chưa bão hòa khác thông qua phản ứng Diels – Alder, hình thành nên các dimer và trimer Trong trường hợp của glyceride, phản ứng xảy ra giữa các nhóm acyl trong cùng một phân tử được thể hiện ở phương trình phản ứng (1) (Hình 1.1)

Hình 1 1 Phản ứng giữa các nhóm acyl nội phân tử

• Các phân tử acid béo chưa bão hòa mạch dài cũng có phản ứng tạo vòng được thể hiện ở phương trình phản ứng (2) (Hình 1.2)

24

Hình 1 2 Phản ứng tạo vòng từ các nối đôi nội phân tử

- Các phản ứng oxy hóa: các acid béo chưa no có thể phản ứng với oxy theo cơ chế gốc tự do được thể hiện ở phản ứng (3) (Hình 1.3)

Hình 1 3 Phản ứng oxy hóa theo cơ chế gốc tự do

Các hydroperoxide là sản phẩm chính được hình thành trong suốt phản ứng, nó

có thể tạo ra nhiều hợp chất hóa học với khối lượng phân tử đáng kể, ngưỡng mùi vị Gốc alkoxy được hình thành theo cách tách đôi liên kết O - O của các phân tử hydroperoxide

- Các phản ứng thủy phân: Chưng hoặc hấp trong quá trình chế biến thực phẩm gây

ra các phản ứng thủy phân triglyceride, hình thành nên các acid béo tự do, glycerol, monoglyceride và diglyceride [17]

Bởi vì có sự kết hợp của những phản ứng trên nên nhiều hợp chất không mong muốn được hình thành trong quá trình nấu nướng gây ảnh hưởng đến sức khỏe của con người

25

1.3 Tình hình nghiên cứu về ứng dụng WCO trên thế giới và Việt Nam

1.3.1 Sản xuất xăng sinh học (Biodiesel) từ WCO

Một số nghiên cứu điển hình có thể kể đến như nghiên cứu tổng quan về việc sản xuất Biodiesel từ WCO của Araújo và cộng sự (2013) [18] Kết quả nghiên cứu này cho thấy có nhiều phương pháp sản xuất xăng sinh học từ các loại dầu ăn phế thải khác nhau Các phương pháp tái chế chủ yếu liên quan đến phản ứng ester hóa WCO với các loại xúc tác khác nhau như alkaline, acid, enzyme và không sử dụng xúc tác Mỗi phương pháp đều có ưu và nhược điểm khác nhau, trong đó phương pháp sử dụng xúc tác alkaline là phổ biến nhất Ngoài ra, nghiên cứu cũng chỉ ra tính hiệu quả kinh tế trong việc giảm giá thành so với nhiên liệu dầu thô đến 45%

Một nghiên cứu khác có thể kể là nghiên cứu của nhóm tác giả IRisomboonchai

ở Nhật Bản (2015) [19] Kết quả nghiên cứu cho thấy, vôi sống trong vỏ sò là chất có hoạt tính xúc tác tốt và có khả năng tái sử dụng trong việc sản xuất xăng sinh học từ WCO Do đó, nó có thể trở thành một loại chất xúc tác thay thế và rẻ tiền cho quá trình tái chế WCO để sản xuất xăng sinh học Ngoài ra, nghiên cứu cũng khẳng định, sự có mặt của nước trong dầu phế có tác dụng làm hạn chế việc sản xuất xăng sinh học

1.3.2 Sản xuất chất bôi trơn sinh học từ WCO

Chất bôi trơn được sử dụng cho các thiết bị cơ khí, giảm ma sát và mài mòn, tránh oxy hóa Sử dụng WCO để tổng hợp chất bôi trơn sinh học là một giải pháp xanh đã được nghiên cứu bởi Putra và cộng sự (2009) [20] Transester hóa/ester hóa là các quy trình chung để chuyển đổi dầu thực vật thành ester mới có tính chất vật lý mới

1.3.3 Sản xuất cồn khô từ WCO

Cồn khô là một loại nhiên liệu được sử dụng rộng rãi trong ngành dịch vụ ăn uống, du lịch và hoạt động khác Cồn khô là một loại cồn gel, trong đó các chất tạo gel

có thể là Sodium Stearate [21], dẫn xuất cellulose [22],… Trong sản xuất thương mại, Sodium Stearate (được hình thành bởi phản ứng của Stearic acid và Sodium hydroxide

là chất tạo gel được sử dụng phổ biến nhất để điều chế rượu rắn Sodium Stearate là một phân tử phân cực có chuỗi carbon dài và độ hòa tan của nó trong rượu tăng khi nhiệt độ tăng Do đó, Sodium Stearate được phân tán đồng đều trong rượu lỏng ở nhiệt độ cao và tạo thành mạng lưới xốp ba chiều (3D) Sau khi làm lạnh, mạng này bẫy các phân tử rượu và tạo thành rượu rắn [23]

1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp cồn khô từ WCO

26

1.4.1 Loại dầu

Trong công trình nghiên cứu về tổng hợp cồn khô của nhóm tác giả Ying và cộng

sự (2018), kết quả cho thấy cồn khô được tổng hợp từ các loại dầu có IV thấp bao gồm các acid béo bão hòa và một tỷ lệ tương đối nhỏ các liên kết không bão hòa cho thấy cấu trúc phân tử đơn giản Khi IV trong nguyên liệu dầu giảm, tinh thể cồn khô trở nên ngắn hơn và thẳng hơn, trong khi các lỗ trên mạng ba chiều nhỏ hơn và đều đặn hơn Khi đó cồn khô có thể cố định các phân tử EtOH, tạo ra cồn khô có nhiệt độ nóng chảy cao hơn cũng như hiệu suất đốt cháy tốt hơn hơn [2]

1.4.2 Nồng độ Ethanol

Nồng độ EtOH là một trong những yếu tố ảnh hưởng quan trọng trong quá trình tổng hợp cồn khô từ WCO Trong nghiên cứu của Ying và cộng sự (2018) đã sử dụng 100g EtOH tuyệt đối để tổng hợp cồn khô [2] Ở nghiên cứu của Baghani và cộng sự (2022) và nghiên cứu của Denic và cộng sự (2022) cũng đã sử dụng EtOH tuyệt đối để

sử dụng trong phản ứng chuyển hóa dưới sự khuấy trộn từ tính [8,9]

1.4.4 Lượng NaOH

Như đã được ghi nhận trước đây, lượng NaOH không đủ gây ra hiện tượng xà phòng hóa một phần WCO, cản trở quá trình xà phòng hóa EtOH và dẫn đến mạng lưới không đồng nhất với hiệu suất đốt thấp, cả thời gian cháy và tỷ lệ cặn cháy đều tăng khi

sử dụng liều lượng NaOH cao hơn Khi sử dụng NaOH gấp hơn 1,5 lần lý thuyết, hiệu suất đốt cháy cho thấy độ ổn định cơ bản [2] Tuy nhiên, tác giả Denic và cộng sự (2022)

và tác giả Baghani và cộng sự (2022) đã chứng minh rằng lượng NaOH tối ưu là 0,0275 wt% [8,9]

1.4.5 Tỷ lệ WCO : EtOH

Tác giả Baghani và cộng sự (2022) đã kết luận rằng, điều kiện phản ứng tối ưu là 0,2 wt% EtOH, 0,7725 wt% WCO [8]; ở một nghiên cứu khác, Denic và cộng sự (2022) cũng đã tối ưu tỷ lệ WCO : EtOH là 0,2 wt% EtOH, 0,7725 wt% WCO [9]; trong khi

27

tác giả Ying và cộng sự (2018) đã sử dụng tỷ lệ WCO : EtOH là 10g WCO và 100g EtOH để tổng hợp cồn khô cho kết quả rất khả quan với thời gian đốt cháy lâu, nhiệt độ nóng chảy cao và cặn đốt thấp hơn [2]

1.5 Bentonite

1.5.1 Giới thiệu bentonite

Bentonite (Hình 1.4), một chất giống như đất sét được hình thành do sự phong hóa hoặc biến đổi của tro núi lửa, bao gồm các khoáng chất thuộc họ montmorillonite

và thường chứa beidellite

[(SiAl)4(AlFe.Mg)2O10(OH)2]2.Mn.mH2O Trong đó thành phần đầu tiên trong ngoặc đề cập đến cấu trúc đẳng cấu trong các

28

lớp tứ diện, thành viên thứ hai đề cập đến các cấu trúc đẳng cấu trong lớp bát diện; và

ký hiệu M và mH2O lần lượt đề cập đến các cation có thể trao đổi và nước xen kẽ [24]

Hình 1 5 Cấu trúc montmorillonite

1.5.2 Ứng dụng của bentonite

Bentonite được sử dụng rộng rãi trong các sản phẩm và quy trình công nghiệp khác nhau như dược phẩm, mỹ phẩm và dung dịch khoan để sửa đổi tính lưu biến và kiểm soát sự ổn định của hệ thống Nó được sử dụng làm chất hóa dẻo trong gốm sứ, làm chất nhũ hóa trong các chất nhựa đường, làm chất làm đục và chất độn trong sơn, làm chất kết dính trong hỗn hợp bê tông, thuốc xịt làm vườn và thuốc trừ sâu, chất hấp phụ trong việc loại bỏ thuốc nhuộm và kim loại nặng và tẩy trắng đất trong tinh chế dầu

và chất béo

Ngoài ra, sự xen kẽ hữu cơ của montmorillonite có thể tăng cường đáng kể tính hữu cơ của sản phẩm thu được Các hợp chất hữu cơ cation, chẳng hạn như cation chất hoạt động bề mặt, trao đổi các cation xen kẽ của montmorillonite, và đất sét hữu cơ thu được rất lý tưởng cho các chất ô nhiễm hữu cơ đa dạng, ví dụ như phenol, thuốc nhuộm [25]

1.6 Thiết kế thí nghiệm và phương pháp thiết kế giai thừa phân đoạn (DoE)

DoE là công cụ giúp điều tra và phân tích mức độ tác động của các yếu tố đầu vào lên các yếu tố đầu ra một cách đồng thời Hiện nay DOE là công cụ phổ biến dùng trong quá trình thiết kế sản phẩm hoặc thiết lập các thông số vận hành của quá trình sản

29

xuất [31]

Có 2 loại Factorial design DoE:

- Full factorial design DoE;

- Fraction factorial design (FFD) DoE

FFD là một loại DoE mà chỉ một số kết hợp của các yếu tố được kiểm tra So với Full factorial design, loại DoE này giúp tiết kiệm thời gian và nguồn lực; trong một thí nghiệm full factorial, số lượng thử nghiệm tăng theo cấp số nhân với số lượng factors trong khi đó FFD giảm số lượng thử nghiệm bằng cách chọn một phần của các thử nghiệm trong full factorial design Điều này giúp tiết kiệm thời gian và nguồn lực cho việc thu thập dữ liệu và phân tích Phương pháp này được sử dụng để giảm số lượng thử nghiệm cần thiết trong trường hợp có nhiều yếu tố cần kiểm tra

30

CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM 2.1 Nguyên liệu, hóa chất, dụng cụ, thiết bị

3 Acid Acetic băng CH3COOH

4 Potassium hydroxide KOH 0,1N

1 Các hóa chất đều có mức độ tinh khiết để phân tích (PA)

31

5 Sodium thiosulphate Na2S2O3 0,1N

6 Dung dịch chuẩn Sodium thiosulphate Na2S2O3 0,01N

7 Potassium Iodate rắn KIO3

8 Dichloromethane (TT) CH2Cl2

9 Iodine monochloride ICl

10 Potassium iodide KI Bão hòa, 10%

Bảng 2 2 Dụng cụ hỗ trợ phân tích các chỉ số hóa học của WCO và tổng hợp cồn khô

Bảng 2 3 Thiết bị hỗ trợ tổng hợp và phân tích sản phẩm cồn khô từ WCO

STT Thiết bị Địa điểm đo

1 Máy khuấy từ

Phòng Thí nghiệm khoa Hóa, trường Đại học Sư phạm – Đại học Đà Nẵng

7 Máy đo độ nhớt Koeher Phòng Thí nghiệm khoa Hóa,

trường Đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng

8 Máy đo nhiệt trị

9 Máy đo XRD D8 ADVANCE ECO hãng

Brucker

Phòng thực hành Vật lý khoa Vật lý, trường Đại học Sư phạm – Đại học Đà Nẵng

33

2.2 Sơ đồ quy trình thí nghiệm

Tiến hành phần thực nghiệm theo sơ đồ quy trình Hình 2.1

Hình 2 2 Sơ đồ quy trình thí nghiệm tổng hợp cồn khô

WCO sau khi thu thập được từ quán ăn vặt chiên rán cá viên, hộ gia đình và quán cơm gà sẽ được đánh giá cảm quan về màu sắc, mùi và độ trong sau đó sẽ được xử lý bằng cách lọc thô bằng vải để loại bỏ các cặn thức ăn và đun ở 100 oC để loại bỏ nước, khi đó ta sẽ thu được mẫu WCO sau tiền xử lý Các mẫu WCO này sẽ được đo sắc ký khí – quang phổ khối (GC – MS) và phổ hồng ngoại (FT – IR), phân tích đánh giá cảm

34

quan, phân tích các chỉ tiêu như tỷ khối, độ nhớt, hàm lượng nước, AV, SV, FFA, IV, IP Dựa vào các chỉ tiêu hóa lý đã phân tích và quy trình tại nguồn tài liệu tham khảo của Ying và cộng sự (2018) [2] để tổng hợp cồn khô Tiến hành khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình, bao gồm: loại dầu, nồng độ EtOH, thời gian phản ứng, lượng NaOH

và tỷ lệ WCO : EtOH; bên cạnh đó các sản phẩm thu được sẽ được đo phổ hồng ngoại

FT – IR để xác định các nhóm chức đặc trưng Cồn khô sau khi tổng hợp sẽ được phân tích, đánh giá thời gian cháy, tỷ lệ cặn và nhiệt trị Tiến hành thiết kế thí nghiệm bằng phương pháp FFD để kiểm nghiệm kết quả và xác định phương trình dự đoán biểu thị mối quan hệ giữa các yếu tố ảnh hưởng và thông số chất lượng của sản phẩm cồn khô Mẫu cồn khô tổng hợp trong điều kiện tối ưu sẽ được đo XRD để định tính sản phẩm so với các nghiên cứu khác, đồng thời so sánh thời gian cháy, tỷ lệ cặn, nhiệt trị với sản phẩm cồn khô trên thị trường, từ đó đề xuất phương án cải tiến

2.3 Tiền xử lý và xác định một số chỉ tiêu cảm quan và hóa lý của WCO

Sau khi lấy các mẫu từ các cơ sở cung cấp dịch vụ ăn uống khác nhau và từ hộ

gia đình, tiến hành đánh giá cảm quan ban đầu

35

2.3.2 Tiền xử lý dầu thải

WCO ban đầu được lọc bằng vải để tách các mảnh vụn thức ăn Sau khi loại bỏ tạp chất, WCO được làm nóng ở nhiệt độ khoảng 100 °C trong một giờ để loại bỏ nước

2.3.3 Xác định độ nhớt của WCO bằng dụng cụ đo Osval

Sử dụng nhớt kế mao quản loại 150, số seri 1817, có hằng số C ở 40oC là 0,03487

Đổ dung dịch cần đo vào nhớt kế mao quản độ nhớt Đo thời gian dung dịch chảy từ vị trí b đến vị trí a

Hình 2 3 Thiết bị đo độ nhớt

Công thức tính độ nhớt: ν (mm2/s)

Trong đó:

C là hệ số kiểm định của nhớt kế, (mm2/s2)

t là thời gian dung dịch chảy từ vị trí b đến vị trí a (s)

 được gọi là độ nhớt động lực học hay còn gọi là độ nhớt tuyệt đối (đơn

vị kg m-1s-1 hay Pa.s) Độ nhớt µ được tính từ công thức sau:

𝜗 = 𝜇

𝜌

2.3.4 Xác định tỷ khối của WCO

Khối lượng riêng  (g/cm3) của chất là tỷ lệ của khối lượng (m) đối với thể tích (V) của chất đó [27]:

 = 𝑚

𝑣

Tiến hành: Cân khoảng 5 g hoặc 10 g mẫu thử, chính xác đến 0,001 g Sấy bình chứa phần mẫu thử 1 giờ trong tủ sấy ở nhiệt độ 103 °C Lấy ra và làm nguội trong bình hút ẩm đến nhiệt độ phòng, sau đó cân chính xác đến 0,001 g Lặp lại các thao tác gia nhiệt, làm nguội và cân, chú ý mỗi lần chỉ để 30 phút trong tủ sấy, cho đến khi hao hụt khối lượng giữa hai lần cân liên tiếp không vượt quá 2 mg hoặc 4 mg, tùy theo khối lượng của phần mẫu thử

2.3.6 Phương pháp xác định chỉ số AV và FFA trong dầu theo TCVN 6127:1996

(ISO 660:1983)

Nguyên tắc: dưới tác dụng của các enzyme thủy phân (lipase, phospholipase), khi

có nước và nhiệt độ cao, triglyceride sẽ bị phân cắt ở mối liên kết ester và bị thủy phân thành acid béo tự do Trung hòa lượng acid béo tự do có trong chất béo bằng dung dịch KOH phản ứng xảy ra:

RCOOH + KOH → RCOOK + H2O

Ý nghĩa: chỉ số acid càng cao chứng tỏ dầu mỡ càng kém chất lượng, ngược lại chỉ số acid thấp thì dầu càng tốt Chỉ số này cho biết mức độ không no của dầu tuy nhiên không cho biết cấu trúc của dầu và thành phần acid béo chưa no

Tiến hành: hòa tan mẫu thử trong một dung môi phù hợp (dung dịch Isopropyl alcohol), sau đó chuẩn độ acid béo tự do với dung dịch KOH/EtOH, chỉ thị phenolphtalein

𝐴𝑉 = 56,1 × 𝐶𝐾𝑂𝐻× 𝑉𝐾𝑂𝐻

𝑚Trong đó:

CKOH là nồng độ KOH

VKOH là thể tích KOH

m là khối lượng mẫu thử

Chỉ số xà phòng hóa (SV) được tính theo công thức:

𝑆𝑉 = (𝑏 − 𝑎) × 𝐶 × 𝑀𝐾𝑂𝐻

𝑚Trong đó:

b: thể tích của dung dịch HCl chuẩn dùng cho phép thử trắng (mL); a: thể tích của dung dịch HCl chuẩn dùng cho mẫu thử (mL);

C: nồng độ chính xác của dung dịch HCl chuẩn (mol/L);

M: khối lượng của phần mẫu thử (g)

2.3.8 Phương pháp xác định chỉ số IV của dầu theo TCVN 6121:2018

Những dây nối không no của các acid béo không no có khả năng gắn iod hoặc các halogen khác, do đó chỉ số iod xác định tổng quát các acid béo không no trong chất béo Chỉ số iod là số gam iod có thể kết hợp với 100g chất béo

Ý nghĩa: IV càng cao thì hàm lượng acid béo không no càng cao và ngược lại; IV biểu thị mức độ không no của dầu mỡ

Nguyên tắc: Hòa tan lượng mẫu thử trong dung môi và cho thêm thuốc thử Wijs, sau một thời gian xác định cho thêm dung dịch kali iodua và nước, chuẩn độ iod đã được giải phóng với dung dịch Natri thiosulfat, chỉ thị hồ tinh bột

m: khối lượng mẫu dầu phân tích

CN: nồng độ đương lượng của dung dịch chuẩn Na2S2O3

2.3.9 Xác định chỉ số PV của dầu theo TCVN 6121:2018 (ISO 3960:2017)

Chỉ số peroxide (peroxide value – PV) là giá trị đo lượng oxy liên kết hóa học

38

với dầu hoặc mỡ dưới dạng các peroxide, đặc biệt là các hydroperoxide

Nguyên tắc xác định chỉ số peroxide: đo lượng chất có trong mẫu thử làm oxy hóa Potassium Iodide ở điều kiện quy định trong tiêu chuẩn này, tính bằng đơn vị oxy hoạt động trên 1 kg mẫu (meq/kg) Phần mẫu thử được hòa tan trong isooctane và Acetic acid băng rồi bổ sung Potassium Iodide Iod được giải phóng bởi các peroxide được xác định bằng phương pháp chuẩn độ iod với chất chỉ thị hồ tinh bột và dung dịch chuẩn

Na2S2O3 Quá trình này trải qua các phản ứng hóa học sau:

ROOH + KI→ ROH + KOH + I2

I2 + starch + 2Na2S2O3 (nâu đen) → 2NaI + starch + Na2S4O6 (không màu) Chỉ số peroxit (PV) biểu thị bằng mili đương lượng (meq) oxy hoạt động trên kilogam được tính theo công thức:

Công thức tính chỉ số peroxide của dầu mỡ:

PV = 𝑚𝐾𝐼𝑂3× 𝑉1×6×1000×𝑊𝐾𝐼𝑂3

𝑀𝐾𝐼𝑂3× 𝑉2×𝑉3×𝐶𝑡ℎ𝑖𝑜×100

Trong đó:

6: khối lượng đương lượng để chuẩn độ (1 mol KlO3 ⟺ 3 mol l2);

V1: thể tích dung dịch Potassium Iodide dùng để xác định độ chuẩn độ;

V2:tổng thể tích dung dịch KI (250 ml hoặc 500 mL);

V3:thể tích dung dịch chuẩn Na2S2O3 0,01 N dùng để xác định (mL);

𝑚𝐾𝐼𝑂3 :khối lượng KIO3 (g);

𝑊𝐾𝐼𝑂3:độ tinh khiết của KIO3 (g/100 g);

𝑀𝐾𝐼𝑂3 :khối lượng mol phân tử của KIO3 (214 g/mol)

𝐶𝑡ℎ𝑖𝑜 :nồng độ của dung dịch chuẩn Sodium thiosulfate 0,01N (0,01 mol/l)

2.4 Quy trình tổng hợp cồn khô từ WCO

Tiến hành tổng hợp cồn khô từ WCO được thực hiện dựa trên quy trình được đề xuất trong nghiên cứu của Ying và cộng sự (2018) [2] theo các bước sau: WCO, 10 (g) + 100 mL EtOH với 96o + NaOH, 2,084 (g) được pha loãng trong 3 mL H2O, đặt lên bếp khuấy từ và lắp hệ thống sinh hàn ngưng tụ hồi lưu gia nhiệt đến 100oC Đun với tốc độ tốc độ 350 vòng/phút ở trong thời gian 30 phút như Hình 2.4