Điều chế biodiesel từ mỡ cá basa bằng phương pháp trans ester hóa nhiệt xúc tác NaOH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA SƯ PHẠM LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Đề tài: ĐIỀU CHẾ BIODIESEL TỪ MỠ CÁ BASA BẰNG PHƯƠNG PHÁP NHIỆT XÚC TÁC NaOH Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: Cô: PHAN THỊ NGỌC MAI NGUYỄN THỊ THÙY DƯƠNG MSSV: 2091961 Lớp: Sư phạm Hóa Học K 35 Cần Thơ, 2013 SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dương i Luận văn tốt nghiệp GVHD: Cô Phan Thị Ngọc Mai LỜI CẢM ƠN    Trong suốt quá trình thực hiện luận văn em đã học hỏi và tích lũy được nhiều kinh nghệm quý báu về mặt kiến thức cũng như kinh nghiệm sống. Để hoàn thành đề tài nghiên cứu này, ngoài sự nỗ lực của bản thân, em còn nhận rất nhiều sự hỗ trợ và sự giúp đỡ rất tận tình của thầy cô, gia đình bạn và bạn bè. Nay em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến:  Cô Phan Thị Ngọc Mai, Thầy Nguyễn Mộng Hoàng, Thầy Nguyễn Điền Trung đã tận tình hướng dẫn, đóng góp ý kiến và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong quá trình làm thí nghiệm.  Quý Thầy, Cô trong Bộ môn Hóa học – Khoa Sư phạm – Trường Đại học Cần Thơ.  Gia đình, bạn bè, và tập thể Sư phạm Hóa học K35 những người luôn quan tâm giúp đỡ và đồng hành cùng em trong suốt thời gian vừa qua. Em xin chân thành cảm ơn ! SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dương ii Luận văn tốt nghiệp GVHD: Cô Phan Thị Ngọc Mai NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN     SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dương iii Luận văn tốt nghiệp GVHD: Cô Phan Thị Ngọc Mai NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN     SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dương iv Luận văn tốt nghiệp GVHD: Cô Phan Thị Ngọc Mai MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ii NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN iii MỤC LỤC iv CÁC TỪ VIẾT TẮT vi DANH MỤC HÌNH vii DANH MỤC BẢNG viiviii Chương 1: PHẦN MỞ ĐẦU 1 1.1. Đặt vấn đề. 1 1.2. Mục tiêu nghiên cứu 2 Chương 2: PHẦN NỘI DUNG 3 2.1. Giới thiệu biodiesel 3 2.1.1. Diesel 3 2.1.1.1. Giới thiệu diesel 3 2.1.1.2.Các tính chất của dầu diesel 3 2.1.2. Biodiesel (BDF) 4 2.1.2.1.Khái quát về Biodiesel 4 2.1.2.2. Ưu điểm của BDF 4 2.1.2.3. Nhược điểm của BDF 5 2.1.2.4. Các tiêu chuẩn về BDF nguyên chất 5 2.2. Nguồn nguyên liệu điều chế BDF 7 2.2.1. Mỡ cá basa 7 2.2.2. Metanol 9 2.3. Tình hình nghiên cứu và điều chế BDF 9 2.3.2. Tình hình nghiên cứu và sử dụng BDF trên thế giới. 9 2.3.2. Tình hình nghiên cứu và sử dụng BDF ở Việt Nam 10 2.4. Các phương pháp hóa học sử dụng trong điều chế BDF 10 2.4.1.Phương pháp pha loãng 11 2.4.2. Phương pháp sấy nóng 11 2.4.3. Phương pháp crackinh 11 2.4.4. Phương pháp nhũ tương hóa 11 2.4.5. Phản ứng transeste hóa 12 2.4.5.1 Các phương pháp thực hiện phản ứng transeste hóa 13 2.4.5.2.Xúc tác sử dụng trong phản ứng transeste hóa 14 2.5. Kiến thức tổng quát về sắc ký lớp mỏng 16 2.5.1. Giới thiệu sắc ký lớp mỏng 16 SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dương v Luận văn tốt nghiệp GVHD: Cô Phan Thị Ngọc Mai 2.5.2 Sự tương tác giữa hợp chất cần phân tích với pha tĩnh và pha động 17 2.5.3. Dung môi giải ly 17 2.5.4. Hiện hình các vết sau khi giải ly 18 Chương 3: THỰC NGHIỆM 19 3.1 Dụng cụ, hóa chất, nguyên liệu 19 3.1.1 Dụng cụ 19 3.1.2. Hóa chất 19 3.1.3. Nguyên liệu 19 3.2. Phần thực nghiệm 19 3.2.1. Xác định chỉ số axit của mỡ cá 19 3.2.2. Cách tính hiệu suất điều chế BDF 21 3.2.2. Quy trình điều chế metyl este từ mỡ cá basa 22 3.2.3. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình điều chế Biodiesel 24 3.2.3.1. Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ mol metanol/mỡ cá đến hiệu suất điều chế BDF24 3.2.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ % khối lượng (g) NaOH/mỡ cá đến hiệu xuất điều chế BDF 24 3.2.3.3.Khảo sát ảnh hưởng của thời gian thực hiện phản ứng đến hiệu xuất điều chế BDF 24 3.2.3.4. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất điều chế BDF 25 3.2.4. Đánh giá độ sạch của BDF bằng phương pháp sắc ký lớp mỏng 25 3.2.5. Tiến hành với mẫu lớn, kết hợp các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất điều chế BDF 26 Chương 4: KẾT QUẢ - THẢO LUẬN 27 4.1. Kết quả khảo sát sự thay đổi chỉ số axit của mỡ cá theo thời gian. 27 4.2. Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất điều chế BDF 27 4.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ mol metanol/mỡ cá đến hiệu suất điều chế BDF . 27 4.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của lượng xúc tác NaOH đến hiệu suất điều chế BDF 29 4.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian thực hiện phản ứng đến hiệu suất điều chế BDF 31 4.2.4 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất điều chế BDF 33 4.3. Tiến hành thí nghiệm với mẫu lớn 35 4.4. Kết quả phân tích BDF điều chế từ mỡ cá basa bằng phương pháp HPLC 36 Chương 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 38 5.1. Kết luận 38 5.2. Kiến nghị 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO 39 PHỤ LỤC 41 SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dương vi Luận văn tốt nghiệp GVHD: Cô Phan Thị Ngọc Mai CÁC TỪ VIẾT TẮT BDF: Nhiên liệu sinh học. B5: nhiên liệu sinh học gồm 5%BDF và 95% dầu DO. B20: nhiên liệu sinh học gồm 20%BDF và 80% dầu DO. B100: dầu biodiesel nguyên chất 100%BDF. TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam. FAMEs: Mono ankyl este. HPLC: Sắc lý lỏng hiệu nâng cao. EU: Liên minh châu Âu. SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dương vii Luận văn tốt nghiệp GVHD: Cô Phan Thị Ngọc Mai DANH MỤC HÌNH Hình 2.1: Phản ứng transeste hóa của triglyxerit với rượu 13 Hình 2.2: Cơ chế phản ứng transeste hóa xúc tác bazơ 15 Hình 3.1: Quy trình điều chế BDF từ mỡ cá basa bằng phương pháp nhiệt xúc tác NaOH 22 Hình 3.2: Đánh giá độ sạch của BDF bằng sắc ký lớp mỏng 26 Hình 4.1: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của tỉ lệ mol metanol/mỡ cá thời gian đến hiệu suất điều chế BDF 28 Hình 4.2: Sắc ký lớp mỏng sản phẩm BDF ở các tỉ lệ mol metanol/mỡ cá khảo sát 29 Hình 4.3: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của tỉ lệ % xúc tác so với mỡ cá đến hiệu suất phản ứng điều chế BDF 30 Hình 4.4: Sắc ký lớp mỏng sản phẩm BDF ở các tỉ lệ NaOH khác nhau 31 Hình 4.5: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất điều chế BDF 32 Hình 4.6: Sắc ký lớp mỏng sản phẩm BDF ở các thời gian khảo sát 32 Hình 4.7: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất điều chế BDF 33 Hình 4.8: Sắc ký lớp mỏng sản phẩm BDF ở các nhiệt độ phản ứng khảo sát 34 Hình 4.9: Sắc ký lớp mỏng ba mẫu lớn 35 Hình 4.10: Hàm lượng của các chất có trong BDF điều chế từ mỡ cá 36 SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dương viii Luận văn tốt nghiệp GVHD: Cô Phan Thị Ngọc Mai DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1: Các thông số kỹ thuật của dầu diesel 3 Bảng 2.2: Tiêu chuẩn về BDF nguyên chất (B100) của Việt Nam 6 Bảng 2.3: Thành phần axit béo có trong mỡ cá basa 7 Bảng 2.4: Thành phần axit béo của một số loại mỡ động vật 8 Bảng2.5: Các hỗn hợp hai dung môi được sắp xếp theo khả năng giải ly tăng dần (chỉ có giá trị đối với chất hấp thu ái nước) 17 Bảng 3.1: Lượng mẫu cần cân dựa vào chỉ số axit 20 Bảng 3.2 : Thành phần phần trăm của các axit béo có trong mỡ cá basa 21 Bảng 4.1: Kết quả chuẩn độ chỉ số axit của mỡ cá theo thời gian 27 Bảng 4.2: Kết quả khảo sát của ảnh hưởng tỉ lệ metanol/mỡ cá đến hiệu suất điều chế BDF 28 Bảng 4.3: Kết quả khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ % xúc tác so với dầu đến hiệu suất điều chế BDF 30 Bảng 4.4: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hiệu suất điều chế BDF 31 Bảng 4.5: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất điều chế BDF 33 Bảng 4.6: Kết quả của ba mẫu lớn 35 Bảng 4.7: Giá trị diện tích các mũi píc trên biểu đồ tương ứng với hàm lượng các chất có trong mẫu BDF 36 SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dương ix Luận văn tốt nghiệp GVHD: Cô Phan Thị Ngọc Mai TÓM TẮT LUẬN VĂN Đề tài nghiên cứu nhằm mục đích điều chế được biodiesel từ mỡ cá basa bằng phương pháp nhiệt xúc tác NaOH. Việc sử dụng phản ứng transeste hóa trong điều kiện khuấy từ gia nhiệt và xúc tác NaOH để điều chế biodiesel đã rút ngắn thời gian phản ứng và thời gian tách pha. Các yếu tố như: tỉ lệ mol metanol/mỡ cá, tỉ lệ % khối lượng (g) NaOH/mỡ cá (g), thời gian thực hiện phản ứng, nhiệt độ phản ứng đã được khảo sát và đưa ra điều kiện tối ưu. Kết quả nghiên cứu cho thấy điều kiện tốt nhất để điều chế biodiesel là: tỉ lệ mol metanol/mỡ cá 6:1, tỉ lệ % khối lượng (g) NaOH/mỡ cá 0,8%, thời gian thực hiện phản ứng là 150 phút, nhiệt độ phản ứng là 60°C. Khi tổng hợp những điều kiện tốt nhất để điều chế biodiesel thì hiệu suất của phản ứng thu được trên 90% và sản phẩm biodiesel chứa 94,64% methyl este. Qua đó cho thấy, quá trình điều chế BDF từ nguyên liệu mỡ cá bằng phương pháp nhiệt xúc tác NaOH có mức độ chuyển hóa tương đối cao và việc chọn các điều kiện tốt nhất trong quá trình khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến điều chế BDF là phù hợp. [...]... tập trung vào nghiên cứu xây dựng quy trình tối ưu để điều chế biodiesel từ mỡ cá basa bằng phương pháp nhiệt xúc tác NaOH Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình điều chế biodiesel từ mỡ cá basa bằng phương pháp nhiệt xúc tác NaOH SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dương 2 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Cô Phan Thị Ngọc Mai Chương 2: PHẦN NỘI DUNG 2.1 Giới thiệu biodiesel 2.1.1 Diesel 2.1.1.1 Giới thiệu diesel [3]... quyết các vấn đề về môi trường Có rất nhiều phương pháp điều chế biodiesel như: phương pháp sấy nóng, phương pháp pha loãng, phương pháp cracking, phương pháp nhũ tương hóa, phương pháp transeste hóa, …Với dụng cụ và trang thiết bị trong phòng thí nghiệm hiện có nên tôi chọn đề tài : Điều chế biodiesel từ mỡ cá basa bằng phương pháp nhiệt xúc tác NaOH SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dương 1 Luận văn tốt nghiệp GVHD:... Quy trình điều chế metyl este từ mỡ cá basa Mỡ cá NaOH và metanol Khuấy trộn Xử lý sơ bộ Phản ứng transeste hóa, gia nhiệt khuấy từ Để yên, tách lớp Lớp dưới glyxerol Lớp trên metyl este thô Rửa, làm khan Sản phẩm Hình 3.1: Quy trình điều chế BDF từ mỡ cá basa bằng phương pháp nhiệt xúc tác NaOH SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dương 22 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Cô Phan Thị Ngọc Mai Quy trình điều chế BDF trên... tiêu nghiên cứu Khái quát phương pháp chuyển hóa các axit béo và các triglyxerit trong mỡ cá basa thành nhiên liệu biodiesel dùng được cho động cơ Do đó mục tiêu của đề tài này tập trung vào khảo sát các vấn đề sau: Tìm hiểu thành phần và tính chất, nguồn cung ứng của nguyên liệu mỡ cá basa trong điều chế biodiesel Tìm hiểu các phương pháp trong điều chế biodiesel từ mỡ cá basa. Trong đó, tập trung... ta rút ra được điều kiện tối ưu nhất để thực hiện phản ứng điều chế BDF bằng phương pháp transeste hóa nhiệt xúc tác NaOH - Ta tiến hành thí nghiệm với mẫu lớn 100g mỡ cá, thực hiện phản ứng transeste hóa ở những điều kiện tối ưu nhất mà ta đã khảo sát ở trên (nhiệt độ, thời gian phản ứng, tỉ lệ % khối lượng NaOH /mỡ cá, tỉ lệ (mol) metanol /mỡ cá, tốc độ khuấy 500 vòng/phút) SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dương... trung bình 3.2.3.4 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất điều chế BDF Thực hiện thí nghiệm phản ứng transeste hóa 30g mỡ cá với các yếu tố cố định sau: Tốc độ khuấy 500 vòng/phút Thời gian phản ứng, tỉ lệ mol metanol /mỡ cá, tỉ lệ % khối lượng (g) NaOH /mỡ cá được thực hiện ở yếu tố tốt nhất để điều chế BDF đã khảo sát Thay đổi nhiệt độ điều chế BDF ở các nhiệt độ sau 40°C, 50°C, 60°C, 70°C, 80°C... Thị Ngọc Mai 3.2.3 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình điều chế Biodiesel 3.2.3.1 Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ mol metanol /mỡ cá đến hiệu suất điều chế BDF Thực hiện thí nghiệm phản ứng transeste hóa 30g mỡ cá với các yếu tố cố định sau: Tốc độ khuấy 500 vòng/phút Tỉ lệ khối lượng (g) NaOH /mỡ cá là 0,8% Nhiệt độ phản ứng là 60°C (điều chỉnh trên máy khuấy từ gia nhiệt) Thời gian phản ứng 150... Phan Thị Ngọc Mai biodiesel chứa trên 97% metyl este và bảo đảm các quy chuẩn của TCVN cho nhiên liệu diesel sinh học gốc (B100)  Phản ứng trao đổi este trong môi trường siêu tới hạn [5] Một phương pháp mới đã được Demirbas đưa ra để tổng hợp biodiesel bằng phương pháp transeste hóa không sử dụng xúc tác Đó là phương pháp transeste hóa với rượu siêu tới hạn Nguyên lý cơ bản của phương pháp này là khai... ứng transeste hóa diễn ra Phản ứng trao đổi este trong môi trường siêu tới hạn giải quyết hai vấn đề: thời gian phản ứng và thời gian tách biodiesel (loại xúc tác và xà phòng trong sản phẩm) 2.4.5.2 .Xúc tác sử dụng trong phản ứng transeste hóa Xúc tác sử dụng cho quá trình điều chế ankyl este có thể là bazơ, axit, hoặc enzym, sử dụng ở dạng đồng thể hay dị thể  Xúc tác bazơ [5], [6], [9] Xúc tác bazơ... hình các vết sau khi giải ly Sau khi giải ly xong, các hợp chất có màu sẽ được nhìn bằng mắt thường, nhưng phần lớn các hợp chất hữu cơ không màu, nếu muốn nhìn thấy các vết, cần sử dụng phương pháp hóa học hay vật lý  Phương pháp vật lý Phương pháp hiện hình các vết sau khi giải ly thông dụng nhất là phát hiện bằng tia tử ngoại (UV) với hai loại bước sóng λ = 254 nm và 366 nm  Phương pháp hóa học: Phương . mục đích điều chế được biodiesel từ mỡ cá basa bằng phương pháp nhiệt xúc tác NaOH. Việc sử dụng phản ứng transeste hóa trong điều kiện khuấy từ gia nhiệt và xúc tác NaOH để điều chế biodiesel. chế biodiesel từ mỡ cá basa bằng phương pháp nhiệt xúc tác NaOH. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình điều chế biodiesel từ mỡ cá basa bằng phương pháp nhiệt xúc tác NaOH. . liệu mỡ cá basa trong điều chế biodiesel. Tìm hiểu các phương pháp trong điều chế biodiesel từ mỡ cá basa. Trong đó, tập trung vào nghiên cứu xây dựng quy trình tối ưu để điều chế biodiesel từ