đề tài nghiên cứu khoa học chiết xuất dầu sinh học từ vi tảo

LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT LỜI MỞ ĐẦU 8 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 9 1.1. Nhiên liệu diesel 9 1.1.1. Khái quát về nhiên liệu diesel 11 1.1.2. Nhiên liệu diesel khoáng và vấn đề ô nhiễm 11 1.2. Nhiên liệu biodiesel 11 1.2.1. Khái niệm biodiesel 11 1.2.2. Tình hình nghiên cứu sản xuất và sử dụng Biodiesel 12 1.2.3. Quá trình tổng hợp biodiesel 14 1.2.3.1. Phân loại các phương pháp tổng hợp biodiesel 14 1.2.3.2. Tổng hợp biodiesel theo phương pháp trao đổi este 14 1.2.4. Yêu cầu chất lượng nhiên liệu biodiesel 17 1.3. Nguồn tinh dầu từ vi tảo để tổng hợp nhiên liệu biodiesel 18 1.3.1. Giới thiệu chung 18 1.3.1.1 Giới thiệu Vi tảo 18 a. Nguồn gốc 18 b. Đặc điểm 19 c. Giá trị sử dụng 19 1.3.1.2. Tình hình nuôi tảo 22 a. Tình hình thế giới 22 b. Tình hình trong nước 23 CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM 24 2.1. Thu sinh khối tảo 24 2.1.1. Dụng cụ, thiết bị và hóa chất 24 a. Dụng cụ, thiết bị 24 b. Hóa chất 24 2.1.2. Cách thực hiện 24 2.2. Chiết xuất dầu từ vi tảo với nhiều loại dung môi bằng Soxhlet 26 2.2.1. Dụng cụ, thiết bị và hóa chất 26 a. Hóa chất 26 b. Dụng cụ và thiết bị 26 2.2.2. Cách thực hiện 26 2.3. Khảo sát lần lượt từng loại dung môi 27 2.3.1. Dung môi n – hexane 27 a. Dụng cụ, hóa chất và thiết bị 27 b. Cách thực hiện 27 2.3.2. Dung môi Chloroform 30 a. Dụng cụ, hóa chất và thiết bị 30 b. Cách thực hiện 31 2.3.3. Dung môi Diethyl ester 31 a. Dụng cụ, hóa chất và thiết bị 31 b. Cách thực hiện 31 2.4. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly 32 2.4.1. Độ ẩm ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly 32 2.4.1.1. Dụng cụ, hóa chất và thiết bị 32 a. Dụng cụ và thiết bị 32 b. Hóa chất 32 2.4.1.2. Cách thực hiện 32 2.4.2. Thời gian ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly 33 2.4.2.1. Dụng cụ, hóa chất và thiết bị 33 a. Dụng cụ và thiết bị 33 b. Hóa chất 33 2.4.2.2. Cách thực hiện 33 2.4.3. Khối lượng tảo khô, tỉ lệ dung môitảo ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly 34 2.4.3.1. Dụng cụ, hóa chất và thiết bị 34 a. Dụng cụ và thiết bị 34 b. Hóa chất 35 2.4.3.2. Cách thực hiện 35 2.4.4. Tổng hợp Biodiesel 36 2.4.4.1. Xác định chỉ số acid (AV) 36 a. Thực hiện giai đoạn 1 36 b. Thực hiện gian đoạn 2 37 2.4.4.2. Tính khối lượng trung bình của tảo, % acid béo tự do 40 2.4.5. Thực hiện chuyển hóa Biodiesel 40 2.4.5.1. Dụng cụ, hóa chất và thiết bị 40 a. Dụng cụ và thiết bị 40 b. Hóa chất 41 2.4.5.2. Cách thực hiện 41 2.4.6. Tính độ chuyển hóa của Biodiesel 41 2.4.6.1. Xác định độ nhớt của dầu tảo và Biodiesel 42 2.4.7. Tinh chế sản phẩm 43 2.4.8. Phương pháp nghiên cứu sản phẩm Methyl ester 44 2.4.9. Khảo sát các yếu ảnh hưởng đến độ chuyển hóa thành Biodiesel 46 2.4.10. Làm sạch sản phẩm 46 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 47 3.1. Kết quả thực nghiệm chỉ số acid của dầu tảo 47 3.2. Kết quả tính toán 47 3.3. Kết quả độ nhớt của dầu tảo và Bio 47 a. Dầu tảo 47 b. Biodiesel 48 3.4. Kết quả hiệu suất chuyển hóa 48 3.5. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly 48 3.5.1. Kết quả và biểu đồ sự ảnh hưởng các loại dung môi 48 3.5.2. Kết quả và biểu đồ sự ảnh hưởng của độ ẩm 49 3.5.3. Kết quả và biểu đồ sự ảnh hưởng của thời gian 50 3.5.4. Kết quả biểu đồ sự ảnh hưởng khối lượng tảo khô, tỉ lệ dung môitảo 52 3.6. Kết quả các yếu tố ảnh hưởng đến độ chuyển hóa 52 3.6.1. Nhiệt độ 52 3.6.2. Thời gian 53 3.6.3. Tốc độ khuấy trộn 55 3.7. Kết quả các yếu tố ảnh hưởng đến độ làm sạch và chất lượng Bio 56 3.7.1. Làm sạch 56 3.7.1.1. Nhiệt độ nước rửa 56 3.7.1.2. Tỷ lệ nước rửa 57 3.7.1.3. Tốc độ khuấy trộn 57 3.7.2. Cấu trúc sản phẩm 58 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62

GVHD: PGS-TS Nguyễn Văn Thông – GV Phạm Thị Hữu Hạnh Đề tài NCKH LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS Nguyễn Văn Thông – GV Phạm Thị Hữu Hạnh người trực tiếp hướng dẫn em tận tình, chu đáo mặt chuyên môn, động viên mặt tinh thần để em hoàn thành đề tài Em xin gửi lời cảm ơn tới tất thầy, cô giáo Trường Đại học Bà Rịa Vũng Tàu tận tình dạy bảo em suốt thời gian học tập rèn luyện trường Sau cùng, em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, người thân bạn bè động viên giúp đỡ em suốt trình học tập Trường Đại học Bà Rịa Vũng Tàu thời gian thực đề tài Vũng Tàu, Ngày tháng năm 2012 Sinh viên: Lê Hoàng Lăm Sinh viên: Lê Hoàng Lăm Lớp: DH08H2 GVHD: PGS-TS Nguyễn Văn Thông – GV Phạm Thị Hữu Hạnh Đề tài NCKH MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 Nhiên liệu diesel .9 1.1.1 Khái quát nhiên liệu diesel 11 1.1.2 Nhiên liệu diesel khoáng vấn đề ô nhiễm .11 1.2 Nhiên liệu biodiesel 11 1.2.1 Khái niệm biodiesel 11 1.2.2 Tình hình nghiên cứu sản xuất sử dụng Biodiesel .12 1.2.3 Quá trình tổng hợp biodiesel 14 1.2.3.1 Phân loại phương pháp tổng hợp biodiesel 14 1.2.3.2 Tổng hợp biodiesel theo phương pháp trao đổi este .14 1.2.4 Yêu cầu chất lượng nhiên liệu biodiesel 17 1.3 Nguồn tinh dầu từ vi tảo để tổng hợp nhiên liệu biodiesel 18 1.3.1 Giới thiệu chung 18 1.3.1.1Giới thiệu Vi tảo 18 a Nguồn gốc .18 b Đặc điểm 19 c Giá trị sử dụng 19 1.3.1.2 Tình hình ni tảo 22 a Tình hình giới 22 b Tình hình nước .23 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 24 2.1 Thu sinh khối tảo 24 2.1.1 Dụng cụ, thiết bị hóa chất 24 a Dụng cụ, thiết bị 24 b Hóa chất 24 2.1.2 Cách thực 24 2.2 Chiết xuất dầu từ vi tảo với nhiều loại dung môi Soxhlet .26 2.2.1 Dụng cụ, thiết bị hóa chất 26 a Hóa chất 26 b Dụng cụ thiết bị 26 Sinh viên: Lê Hoàng Lăm Lớp: DH08H2 GVHD: PGS-TS Nguyễn Văn Thông – GV Phạm Thị Hữu Hạnh Đề tài NCKH 2.2.2 Cách thực 26 2.3 Khảo sát loại dung môi 27 2.3.1 Dung môi n – hexane 27 a Dụng cụ, hóa chất thiết bị .27 b Cách thực 27 2.3.2 Dung môi Chloroform 30 a Dụng cụ, hóa chất thiết bị .30 b Cách thực 31 2.3.3 Dung môi Diethyl ester .31 a Dụng cụ, hóa chất thiết bị .31 b Cách thực 31 2.4 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly .32 2.4.1 Độ ẩm ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly 32 2.4.1.1 Dụng cụ, hóa chất thiết bị 32 a Dụng cụ thiết bị .32 b Hóa chất 32 2.4.1.2 Cách thực 32 2.4.2 Thời gian ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly .33 2.4.2.1 Dụng cụ, hóa chất thiết bị 33 a Dụng cụ thiết bị .33 b Hóa chất 33 2.4.2.2 Cách thực 33 2.4.3 Khối lượng tảo khô, tỉ lệ dung mơi/tảo ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly 34 2.4.3.1 Dụng cụ, hóa chất thiết bị 34 a Dụng cụ thiết bị .34 b Hóa chất 35 2.4.3.2 Cách thực 35 2.4.4 Tổng hợp Biodiesel 36 2.4.4.1 Xác định số acid (AV) 36 a Thực giai đoạn 36 b Thực gian đoạn .37 2.4.4.2 Tính khối lượng trung bình tảo, % acid béo tự 40 Sinh viên: Lê Hồng Lăm Lớp: DH08H2 GVHD: PGS-TS Nguyễn Văn Thơng – GV Phạm Thị Hữu Hạnh 2.4.5 Đề tài NCKH Thực chuyển hóa Biodiesel .40 2.4.5.1 Dụng cụ, hóa chất thiết bị 40 a Dụng cụ thiết bị 40 b Hóa chất 41 2.4.5.2 Cách thực 41 2.4.6 Tính độ chuyển hóa Biodiesel 41 2.4.6.1 Xác định độ nhớt dầu tảo Biodiesel .42 2.4.7 Tinh chế sản phẩm 43 2.4.8 Phương pháp nghiên cứu sản phẩm Methyl ester 44 2.4.9 Khảo sát yếu ảnh hưởng đến độ chuyển hóa thành Biodiesel 46 2.4.10 Làm sản phẩm 46 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .47 3.1 Kết thực nghiệm số acid dầu tảo 47 3.2 Kết tính tốn 47 3.3 Kết độ nhớt dầu tảo Bio 47 a Dầu tảo .47 b Biodiesel .48 3.4 Kết hiệu suất chuyển hóa 48 3.5 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly .48 3.5.1 Kết biểu đồ ảnh hưởng loại dung môi 48 3.5.2 Kết biểu đồ ảnh hưởng độ ẩm .49 3.5.3 Kết biểu đồ ảnh hưởng thời gian 50 3.5.4 Kết biểu đồ ảnh hưởng khối lượng tảo khô, tỉ lệ dung môi/tảo 52 3.6 Kết yếu tố ảnh hưởng đến độ chuyển hóa 52 3.6.1 Nhiệt độ 52 3.6.2 Thời gian 53 3.6.3 Tốc độ khuấy trộn 55 3.7 Kết yếu tố ảnh hưởng đến độ làm chất lượng Bio 56 3.7.1 Làm 56 3.7.1.1 Nhiệt độ nước rửa 56 3.7.1.2 Tỷ lệ nước rửa 57 3.7.1.3 Tốc độ khuấy trộn 57 Sinh viên: Lê Hoàng Lăm Lớp: DH08H2 GVHD: PGS-TS Nguyễn Văn Thông – GV Phạm Thị Hữu Hạnh Đề tài NCKH 3.7.2 Cấu trúc sản phẩm 58 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ STT Số hình vẽ 2.1 Thiết bị trích ly soxhlet 28 2.2 Hỗn hợp dầu tảo dung môi hexane 30 2.3 Hệ thống chưng cất tách dung môi 31 2.4 Mẫu dầu sau chưng cất đuổi hexane 32 2.5 Sơ đồ mô tả thiết bị phản ứng tổng hợp biodiesel 43 2.6 Sơ đồ chiết sản phẩm 46 Tên hình vẽ Sinh viên: Lê Hồng Lăm Trang Lớp: DH08H2 GVHD: PGS-TS Nguyễn Văn Thơng – GV Phạm Thị Hữu Hạnh Đề tài NCKH Biểu đồ 3.1: Ảnh hưởng loại dung môi đến hiệu suất trích ly 3.1 3.2 3.3 10 3.4 11 3.5 nhiệt độ 55 12 3.6 Biểu đồ 3.6: Thể ảnh hưởng thời gian đến độ chuyển hóa 56 13 3.7 Biểu đồ 3.7: Thể phụ thuộc độ chuyển hóa vào tốc độ khuấy trộn 57 14 3.8 Phổ hồng ngoại sản phẩm biodiesel từ dầu tảo 60 15 3.9 Phổ GC biodiesel tổng hợp từ dầu tảo 61 Biểu đồ 3.2: Ảnh hưởng độ ẩm đến hiệu suất trích ly Biểu đồ 3.3: Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất trích ly Biểu đồ 3.4: Sự phụ thuộc vào khối lượng tảo khơ đến hiệu st trích ly Biểu đồ 3.5: Thể ảnh hưởng độ chuyển hóa đến 51 52 53 54 DANH MỤC CÁC BẢNG STT Số hiệu Tên bảng bảng 1.1 Chỉ tiêu đánh giá chất lượng nhiên liệu diesel theo ASTM 1.2 Chỉ tiêu đánh giá chất lượng biodiesel theo ASTM - D 6751 Thành phần gốc axít béo vi tảo (PGS-TS Trương 1.3 Vĩnh) 2.1 Lượng mẫu theo số acid dự đoán Kết số acid dầu tảo 3.1 3.2 3.3 Thể ảnh hưởng loại dung môi khác Ảnh hưởng độ ẩm đến hiệu suất trích ly Sinh viên: Lê Hoàng Lăm Lớp: DH08H2 Số trang 12 19 26 41 49 50 51 GVHD: PGS-TS Nguyễn Văn Thông – GV Phạm Thị Hữu Hạnh 10 3.4 3.5 3.6 11 3.7 12 3.8 Đề tài NCKH Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất trích ly Ảnh hưởng nhiệt độ phản ứng đến độ chuyển hóa Ảnh hưởng thời gian phản ứng đến độ chuyển hóa Khảo sát ảnh hưởng tốc độ khuấy trộn đến độ chuyển hóa 52 53 56 Ảnh hưởng nhiệt độ nước rửa đến số lần rửa biodiesel 58 57 Ảnh hưởng tỷ lệ thể tích nước rửa/biodiesel đến số lần 13 3.9 14 3.10 rửa 59 Ảnh hưởng tốc độ khuấy trộn đến số lần rửa 60 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT ASTM (American Society for Testing and Material): Hiệp hội đo lường thử nghiệm vật liệu Hoa Kỳ GC – MS (Gas chromatography - mass spectrometry): Sắc ký khí - khối phổ IR (Infrared): Phổ hồng ngoại LỜI MỞ ĐẦU Hiện nay, nhiên liệu sinh học thu hút quan tâm đặc biệt nhiều nhà khoa học giới, đem lại nhiều lợi ích như: bảo đảm an ninh lượng đáp ứng yêu cầu môi trường Trong số nhiên liệu sinh học, diesel sinh học (biodiesel) quan tâm cả, xu hướng diesel hóa động cơ, trữ lượng diesel khống ngày giảm giá diesel khoáng ngày tăng cao Hơn nữa, biodiesel xem loại phụ gia tốt cho nhiên liệu diesel khoáng, làm giảm đáng kể lượng khí thải độc hại, nguồn nhiên liệu tái tạo Q trình điều chế biodiesel phân loại thành phương pháp sử dụng xúc tác đồng thể, dị thể không cần xúc tác Hiện nay, phương pháp sử dụng xúc tác dị thể sử dụng nhiều qui trình sản xuất thương mại Tuy nhiên, phương pháp nhiều nhược điểm Những nghiên cứu gần cho thấy rằng, phương pháp điều chế biodiesel xúc tác đồng thể tỏ có nhiều ưu điểm Sinh viên: Lê Hoàng Lăm Lớp: DH08H2 GVHD: PGS-TS Nguyễn Văn Thông – GV Phạm Thị Hữu Hạnh Đề tài NCKH so với phương pháp điều chế biodiesel sử dụng xúc tác dị thể, đặc biệt trình phân tách làm sản phẩm Tuy nhiên, nghiên cứu điều chế biodiesel sử dụng xúc tác đồng thể thường tiến hành nguồn nguyên liệu dầu béo thực vật như: dầu cọ, dầu đậu nành…, mà chưa tập trung nhiều vào nguồn nguyên liệu dầu Tảo Bên cạnh đó, nguồn nguyên liệu yếu tố quan trọng trình sản xuất biodiesel, nguyên liệu ảnh hưởng lớn đến giá thành sản phẩm chất lượng biodiesel tạo thành Trong đó, vi Tảo nghiên cứu nuôi thử nghiệm tỉnh Cần thơ, Vũng Tàu, Phan Thiết Có thể tin tưởng rằng, tương lai khơng xa dầu Tảo chiết suất từ Vi Tảo nguồn nguyên liệu cho ngành công nghiệp diesel sinh học nước nhà Tuy nhiên, đầu tư vào nghiên cứu phát triển vùng ngun liệu thơi chưa đủ mà cần phải có quy trình cơng nghệ hợp lý song song với ngành cơng nghiệp biodiesel nước nhà phát triển bền vững không bị tụt hậu so với nước Tất vấn đề sở cho đề tài nghiên cứu khoa học: ‘‘chiết xuất dầu sinh học từ vi tảo ” Sinh viên: Lê Hoàng Lăm Lớp: DH08H2 GVHD: PGS-TS Nguyễn Văn Thông – GV Phạm Thị Hữu Hạnh Đề tài NCKH CHƯƠNG TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 NHIÊN LIỆU DIESEL 1.1.1 Khái niệm nhiên liệu diesel Diesel sản phẩm thuộc phân đoạn gasoil nhẹ trình lọc dầu Thường diesel phân đoạn dầu mỏ có nhiệt độ sơi từ 250 đến 350 oC, chứa hydrocacbon có số cacbon từ C16 đến C20, C21, với thành phần chủ yếu n-parafin, isoparafin lượng nhỏ hydrocacbon thơm, đó, có số hợp chất phi hydrocacbon (hợp chất chứa N, O, S) [1] Phân đoạn dùng làm nhiên liệu cho loại động đốt tự bắt cháy nhà bác học Rudolf Diesel sáng chế, nên gọi nhiên liệu diesel Đây loại nhiên liệu mà giới sử dụng phổ biến ngày nhiều so với nhiên liệu xăng, sử dụng nhiên liệu diesel có nhiều ưu điểm [1, 2]:  Động diesel có tỷ số nén cao động xăng nên công suất lớn sử dụng lượng nhiên liệu  Nhiên liệu diesel có giá thành thấp nhiên liệu xăng trải qua trình chế biến phức tạp  Nguồn cung cấp lượng nhiên liệu diedel nhiều đa dạng Mặc dù vậy, động diesel tồn nhược điểm như: cấu tạo động phức tạp, cồng kềnh hình dáng Nhưng nhờ có ưu điểm mà động diesel nhiên liệu diesel sử dụng rộng rãi đời sống Có thể tham khảo tiêu chất lượng nhiên liệu diesel theo tiêu chuẩn Mỹ (ASTM) bảng 1.1: Sinh viên: Lê Hoàng Lăm Lớp: DH08H2 GVHD: PGS-TS Nguyễn Văn Thông – GV Phạm Thị Hữu Hạnh Đề tài NCKH Bảng 1.1 Chỉ tiêu đánh giá chất lượng nhiên liệu diesel theo ASTM STT Chỉ tiêu Điểm chớp cháy, C, Nước cặn, %TT, max Nhiệt độ sôi 90% TT,C Độ nhớt động học 40C, cSt Cặn cacbon 10% lại, %KL Hàm lượng tro, %KL, max Hàm lượng lưu huỳnh, %KL, max Độ ăn mòn đồng, 3h, 50C, max Trị số xetan, Sinh viên: Lê Hoàng Lăm Phương pháp đo N1D N2D N4D D93 38 52 55 D1796 0,05 0,05 0,5 282 - 338 - 1,9 - 4,1 5,5 - 24,0 0,35 0,1 D86 D445 D524 Max 288 1,3 - 2,4 Max 0,15 D482 0,01 0,01 2,00 D129 0,50 0,50 - D130 N3 N3 - D613 40 40 - 10 Lớp: DH08H2 GVHD: PGS-TS Nguyễn Văn Thông – GV Phạm Thị Hữu Hạnh Đề tài NCKH Biểu đồ 3.4: Sự phụ thuộc vào khối lượng tảo khô đến hiệu suât trích ly Khối lượng tảo khơ (gam) Ta có nhận xét: Đối với lượng tảo khô nhỏ 30g hiệu suất trích ly dầu mức cao ngang nhau(8.50% đến 8.61%) Tuy nhiên khối lượng tảo tăng lên 40 gam hiệu suất trích ly lại giảm xuống Vì ta chọn khối lương tảo khơ 30 gam thích hợp trường hợp dùng soxhlet 3.6 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ CHUYỂN HÓA 3.6.1 Ảnh hưởng nhiệt độ phản ứng đến độ chuyển hóa Nhiệt độ phản ứng ảnh hưởng lớn đến tốc độ phản ứng độ chuyển hóa đạt Nếu nhiệt độ thấp tốc độ phản ứng chậm nên độ chuyển hóa thấp, nhiệt độ tăng mạnh tốc độ phản ứng lớn Tuy nhiên, nhiệt độ cao thuận lợi cho phản ứng xà phịng hóa tốc độ bay metanol tăng mạnh (nhiệt độ sôi metanol 64,7oC), điều làm giảm tốc độ phản ứng tốn lượng để thu hồi metanol Do ta phải chọn nhiệt độ phản ứng tối ưu Tiến hành phản ứng với nhiệt độ khác điều kiện sau:  Dầu phản ứng: 2g  Hàm lượng xúc tác: 0.75% khối lượng dầu Sinh viên: Lê Hoàng Lăm 52 Lớp: DH08H2 GVHD: PGS-TS Nguyễn Văn Thông – GV Phạm Thị Hữu Hạnh Đề tài NCKH  Thời gian phản ứng:  Tốc độ khuấy trộn: 300 vòng/phút  Tỉ lệ methanol/dầu: 12/1 Bảng 3.5 Ảnh hưởng nhiệt độ phản ứng đến độ chuyển hóa Nhiệt độ, oC 45 50 55 Độ chuyển hóa, % 50,2 65,8 71,5 60 73,75 65 72 Biểu đồ 3.5: Thể ảnh hưởng độ chuyển hóa đến nhiệt độ Khi nhiệt độ phản ứng thấp chưa đủ lượng để hoạt hóa phản ứng Khi tăng nhiệt độ độ chuyển hóa tăng lên đạt cực đại 60 oC Nếu tiếp tục tăng nhiệt độ phản ứng độ chuyển hóa lại giảm, nhiệt độ tăng cao nhiệt độ sôi metanol dẫn đến metanol bay làm giảm độ chuyển hóa 3.6.2 Ảnh hưởng thời gian phản ứng đến độ chuyển hóa Tiến hành phản ứng với thời gian khác điều kiện sau:  Dầu phản ứng: 2g  Hàm lượng xúc tác: 0,75% khối lượng dầu  Nhiệt độ phản ứng: 60oC  Tốc độ khuấy trộn: 300 vòng/phút Sinh viên: Lê Hoàng Lăm 53 Lớp: DH08H2 GVHD: PGS-TS Nguyễn Văn Thông – GV Phạm Thị Hữu Hạnh Đề tài NCKH  Tỉ lệ methanol/dầu: 12/1 Bảng 3.6 Ảnh hưởng thời gian phản ứng đến độ chuyển hóa Thời gian phản ứng, h Độ chuyển hóa, % 53 73,75 74,15 76 75 Biểu đồ 3.6: Thể ảnh hưởng thời gian đến độ chuyển hóa Qua đồ thị kết thu ta thấy thời gian phản ứng ngắn độ chuyển hóa thấp tăng thời gian phản ứng lên độ chuyển hóa tăng lên Thời gian phản ứng thích hợp Nếu tiếp tục tăng thời gian phản ứng lên độ chuyển hóa khơng tăng phản ứng đạt đến cân thời gian lâu làm sản phẩm tạo bị phân hủy tạo sản phẩm phụ không mong muốn 3.6.3 Ảnh hưởng tốc độ khuấy trộn đến độ chuyển hóa Khảo sát độ chuyển hóa với tốc độ khuấy khác điều kiện:  Dầu phản ứng: 2g  Hàm lượng xúc tác: 0,75% khối lượng  Thời gian phản ứng: 4h  Nhiệt độ phản ứng: 600C  Tỉ lệ methanol/dầu: 12/1 Kết tổng hợp bảng dưới: Sinh viên: Lê Hồng Lăm 54 Lớp: DH08H2 GVHD: PGS-TS Nguyễn Văn Thơng – GV Phạm Thị Hữu Hạnh Đề tài NCKH Bảng 3.7 Khảo sát ảnh hưởng tốc độ khuấy trộn đến độ chuyển hóa Tốc độ khuấy trộn v/phút 100 200 300 400 500 Độ chuyển hóa % 50,4 56,2 73,75 75 60,2 Biểu đồ 3.7: Thể phụ thuộc độ chuyển hóa vào tốc độ khuấy trộn Qua đồ thị ta thấy tốc độ khuấy trộn hợp lý 400 v/phút với độ chuyển hóa 75% Ở tốc độ thấp 100 v/phút độ chuyển hóa đạt 50,4% tốc độ 500/phút độ chuyển hóa đạt 60,2% Điều giải thích tốc độ khuấy lớn khuấy trộn diễn mạnh mẽ làm cho trình tiếp xúc pha dầu, methanol, xúc tác triệt để nên độ chuyển hóa dầu tăng Nhưng tốc độ khuấy lớn 400 vòng/phút làm cho methanol dầu mát xáo trộn mạnh mẽ Hơn mặt kinh tế tốc độ khuấy cao tiêu thụ lượng lớn dẫn đến chi phí lớn Sinh viên: Lê Hoàng Lăm 55 Lớp: DH08H2 GVHD: PGS-TS Nguyễn Văn Thông – GV Phạm Thị Hữu Hạnh Đề tài NCKH 3.7 KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH LÀM SẠCH SẢN PHẨM BIODIESEL VÀ XÁC ĐỊNH CHẤT LƯỢNG BIODIESEl 3.7.1 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình làm sản phẩm biodiesel Hỗn hợp sản phẩm sau phản ứng gồm có biodiesel, dầu tảo phế thải dư, metanol dư glyxerin Vì vậy, để thu sản phẩm biodiesel sạch, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật, cần phải lọc tách xúc tác, sau để phân lớp để tách biodiesel thô, rửa biodiesel thô, sấy tách nước ta thu thành phẩm biodiesel Trong công đoạn cơng đoạn rửa biodiesel phức tạp quan trọng Vì định chất lượng (độ sạch) biodiesel, ảnh hưởng đến hiệu suất thu biodiesel Quá trình rửa biodiesel phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhiệt độ nước rửa, tốc độ khuấy trộn, lượng nước rửa Do vậy, tiến hành khảo sát yếu tố ảnh hưởng 3.7.1.1 Ảnh hưởng nhiệt độ nước rửa Khi khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ nước rửa, cố định tỷ lệ nước rửa/biodiesel 15/1, tốc độ khuấy trộn 300 vịng/ phút khơng đổi thay đổi nhiệt độ nước rửa Kết thể bảng 3.17 Bảng 3.8 Ảnh hưởng nhiệt độ nước rửa đến số lần rửa biodiesel Nhiệt độ nước rửa, oC 20 40 50 70 80 Số lần rửa Tạo nhũ Thủy phân Như vậy, nhiệt độ nước rửa có ảnh hưởng lớn đến trình rửa Nếu nước rửa có nhiệt độ thấp khuấy trộn sản phẩm metyl este dễ tạo nhũ tương với nước, gây khó khăn cho q trình phân tách, làm giảm lượng biodiesel thu Khi tăng nhiệt độ nước rửa lên lượng nhũ tương giảm dần, dễ tách sản phẩm rửa nhanh hơn, nhiệt độ cao hòa tan tốt lượng metanol glyxerin dư Do nhiệt độ 40oC số lần rửa 5, 70 oC số lần rửa cần lần Tuy nhiên, nhiệt độ cao (80oC) lại xảy tượng xà phịng hóa, metyl este thủy phân nhiệt độ cao, sản phẩm cịn lẫn xúc tác Vậy, nhiệt độ nước rửa thích hợp 70oC Sinh viên: Lê Hoàng Lăm 56 Lớp: DH08H2 GVHD: PGS-TS Nguyễn Văn Thông – GV Phạm Thị Hữu Hạnh Đề tài NCKH 3.7.1.2 Ảnh hưởng tỷ lệ thể tích nước rửa/biodiesel Kết nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ nước rửa/biodiesel đến số lần rửa sản phẩm, với điều kiện tốc độ khuấy trộn 300 vịng/ phút khơng đổi nhiệt độ nước rửa 70oC , trình bày bảng 3.18 Bảng 3.9 Ảnh hưởng tỷ lệ thể tích nước rửa/biodiesel đến số lần rửa Tỷ lệ nước Số lần rửa, lần 5/1 10/1 15/1 20/1 25/1 rửa/biodiesel (thể tích) 3 Ta thấy tỷ lệ nước rửa/metyl este tăng số lần rửa giảm Vì lượng nước nhiều khả hòa tan tạp chất tốt hơn, rửa nhanh Tuy nhiên, tỷ lệ 20/1 số lần rửa khơng giảm nữa, mà tỷ lệ cao q tách sản phẩm cịn lẫn nhiều nước nên tốn nhiều lượng cho q trình tách nước Vậy tỷ lệ thích hợp 15/1 3.7.1.3 Ảnh hưởng tốc độ khuấy trộn Chúng cố định nhiệt độ nước rửa 70 oC, tỷ lệ nước rửa/biodiesel 15/1 thay đổi tốc độ khuấy trộn, kết thu bảng 3.19 Bảng 3.10 Ảnh hưởng tốc độ khuấy trộn đến số lần rửa Tốc độ khuấy trộn, vòng/phút Số lần rửa, lần 200 300 400 500 600 Tạo nhũ Tạo nhũ Khi tốc độ khuấy tăng khả hòa tan tạp chất nước tăng nên rửa nhanh Nhưng tốc độ khuấy lớn xảy tượng tạo nhũ nên ta chọn tốc độ khuấy trộn 400 vòng/phút Sinh viên: Lê Hồng Lăm 57 Lớp: DH08H2 GVHD: PGS-TS Nguyễn Văn Thơng – GV Phạm Thị Hữu Hạnh Đề tài NCKH 3.7.2 Cấu trúc sản phẩm Hình 3.9 Phổ hồng ngoại sản phẩm biodiesel từ dầu tảo Từ phổ IR ta thấy, sản phẩm có gốc metyl (ứng với bước sóng nằm khoảng từ 2925,24 - 3005,55 cm-1) chức este (ứng với bước sóng nằm khoảng 1462,09– 1744,66 cm-1) tức metyl este axit Điều chứng tỏ tạo thành biodiesel Để xác định xác thành phần cấu trúc sản phẩm biodiesel chụp sắc ký khối phổ Kết chụp sắc ký khối phổ GC biodiesel tổng hợp từ dầu tảo thể hình dưới: Sinh viên: Lê Hoàng Lăm 58 Lớp: DH08H2 GVHD: PGS-TS Nguyễn Văn Thông – GV Phạm Thị Hữu Hạnh Đề tài NCKH Hình 3.9 Phổ GC biodiesel tổng hợp từ dầu tảo peak R.T Start End PK peak peak peak % of # min TY height area % max total - - - - - - -1 10.534 10.466 10.586 M 965855 166.51569 100.00% 89.195% 10.887 10.804 11.161 M 78228 20.17081 12.11% 10.805% Sum of corrected areas: 186.68651 Tiến hành so sánh thời gian lưu kết thu với thời gian lưu mẫu chuẩn làm điều kiện, nhận thấy pic ứng với thời gian lưu 10,534; 10,8871 tương ứng với methyl ester, methyl oleic methyl ester, methyl oleic, loại methyl ester loại axit béo có mặt thành phần dầu tảo Ngồi ra, cịn có nhiều methyl ester axit béo khác với hàm lượng nhỏ Sinh viên: Lê Hoàng Lăm 59 Lớp: DH08H2 GVHD: PGS-TS Nguyễn Văn Thông – GV Phạm Thị Hữu Hạnh Đề tài NCKH KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận: Qua kết nghiên cứu, đề tài đạt kết sau: Đã trích ly thành công dầu từ vi tảo; nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly ( tối ưu hóa trích ly)  Dung mơi thích hợp dùng hệ thống soxhlet hexane  Độ ẩm thích hợp lả 0,12%  Thịi gian thích hợp  Khối lượng tảo khơ thích hợp 30 gam Tổng hợp biodiesel từ dầu tảo phản ứng trao đổi este với metanol Các thông số cố định cho trình tổng hợp sau: có hiệu suất 73,75% hàm lượng methyl ester đem phân tích 89,195% thỏa mãn tiêu chuẩn Việt Nam thành phần methyl ester giành cho nguyên liệu sinh học B100  Tỷ lệ mol metanol/dầu: 12/1;  Lượng xúc tác: 0,75% khối lượng dầu tảo;  Thời gian phản ứng: giờ;  Tốc độ khuấy: 400 vòng/phút;  Nhiệt độ: 60C; Thiết lập quy trình cơng nghệ từ ly trích dầu đến tạo biodiesel từ vi tảo sơ đồ khối: Sinh viên: Lê Hoàng Lăm 60 Lớp: DH08H2 GVHD: PGS-TS Nguyễn Văn Thông – GV Phạm Thị Hữu Hạnh Đề tài NCKH Thảo luận: a nghiên cứu bảo quản biodiesel b Thí nghiệm sản xuất nhiều loại tảo khác Các vấn đề tồn tại: a Do thời gian có hạn việc sản xuất dầu tảo với số lượng lớn cịn khó khăn, vấn đề sau chưa thực hiện: b Chưa nghiên cứu bảo quản dầu c Chưa đánh giá giá thành sản xuất biodiesel từ vi tảo d Do lượng dầu tảo nên chưa nghiên cứu đánh giá số tiêu dầu hàm lượng nước có dầu, nhiệt độ chớp cháy, tỷ trọng Sinh viên: Lê Hoàng Lăm 61 Lớp: DH08H2 GVHD: PGS-TS Nguyễn Văn Thông – GV Phạm Thị Hữu Hạnh [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] Đề tài NCKH TÀI LIỆU THAM KHẢO TS Phan Tử Bằng 2008 Hóa học dầu mỏ - khí tự nhiên Nhà xuất Giao thông vận tải Nguyễn Tất Tiến 2001 Nguyên lý động đốt Nhà xuất Giáo dục Lê Văn Khoa (chủ biên) 2006 Khoa học môi trường Nhà xuất Giáo dục Phạm Công Tạc 2005 Nhiên liệu sinh học: nhìn từ nhiều phía Tạp chí Cơng nghiệp hóa chất số 5, trang 7-9 Gauglitz G., Tuan Vo Dinh 2003 Handbook of specstrocopy, volume 2, WileyVCH Đinh Thị Ngọ, Nguyễn Khánh Diệu Hồng 2008 Nhiên liệu q trình xử lý hóa dầu Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Agarwal AK., Das LM 2001 Biodiesel development and characterization for use as a fuel in compression ignition engines Tran Am Soc Mech Eng 123, pp.440-447 Fangrui Ma, Milford A Hanna 1999 Biodiesel production: a review Bioresource Technology 70, pp.1-15 Hideki Fukuda, et al 2001 Biodiesel fuel production by transesterification of oil J.Biosci.Bioeng Hestela Hernandez Martin, Cristina Otero 2008 Different requirements for the synthesis of biodiesel: Novozym 435 and Lipozyme TLIM Bioresource Technology 99, pp.277-286 J Van Gerpen, B Shanks, R.Pruszko, D Clement, G Knothe 2004 Biodiesel production technology NREL Technical Monitor L.C Meher, D Vidya Sagar, S.N Naik 2006 Technical aspects of biodiesel production by transesterification – a review Renewable and Sustainable Energy Reviews 10, pp.248-268 Encinar J.M., Gonzalez J.F., Rodriquez J.J., Tejedor A 2002 Biodiesel production from vegetable oils: transesterification of cynaracardunculus L oil ethanol Energy 16, pp.443-450 Romano S 1982 Vegetable oils – A.new alternative” in vegetable oils fuel – Proceeding of the international conference on plant and vegetable oils as fuel American Society of Agricultural Engineer, St Joseph [MI], p.106-116 Sinh viên: Lê Hoàng Lăm 62 Lớp: DH08H2 GVHD: PGS-TS Nguyễn Văn Thông – GV Phạm Thị Hữu Hạnh [8] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] Đề tài NCKH J.M Marchetti, V.U Miguel, A.F Errazu 2007 Heterogeneous esterification of oil with high amount of free fatty acids Fuel 86, pp.906-910 Iknuagwu O.E.,Ononogbu I.C., Njoku O.U 2000 Production of biodiesel using rubber seed oil In Crops Prod 12, pp.57-62 Gerhard Knothe 2001 Analytical method used in the production and fuel quality assessment of biodiesel JAOCS 44, pp.193-200 Vyas, N Subrahmanyam, P Patel 2008 Production of biodiesel through transesterification of Jatropha oil using KNO3/Al2O3 solid catalyst G.M Giibitz, M Mittelbach, M Trabi 1998 Exploitation of the tropical oil seed plant Jatropha curcas Material Safety Data Sheet 2009 Science Stuff, Inc I lonniaclii, Shibuya-ku 1961.The thermal transformation of alumina monohydrate, boehmite Government Chemical Industrial Research Institute Alan Pearson 2009 Aluminum oxide (alumina), activated Aluminum Company of America Nguyễn Hữu Trịnh 2002 Luận án tiến sĩ hóa học Hà Nội Nguyễn Hữu Phú, Đào Văn Tường, Hoàng Trọng Yêm, Vũ Đào Thắng, Nguyễn Hữu Trịnh 1993 Báo cáo đề tài nghiên cứu sản xuất hydroxit nhôm Đề tài C.06.12 Hà Nội G K Chuah, S Jaenicke, S H Liu, X C Hu 2001 Surface properties of mesoporouse catalytic supports Applied surface science 169-170, pp 253-258 Jiri Cejka 2003 Organized mesoporous alumina: Synthesis, structure and potential in catalysis Applied catalysis A: Genneral 254, pp 327 – 338 Nguyễn Hữu Trịnh 2002 Nghiên cứu điều chế nhôm oxit, Bemit γ-Al2O3 Tạp chí hóa học, T40, số Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 2007 Mats Halvarsson 1994 The microstructure of bonding layers for CVD alumina coatings Surface and coatings technology 68/69, 266 – 273 Chalmers University of Technology Alumina (Aluminium Oxide) – The Different Types of Commercially Available Grades The A to Z of Materials Retrieved on 2007-10-27 IUPAC Nomenclature for Chromatography, IUPAC Recommendations 1993 Pure & Appl Chem., Vol 65, No 4, pp.819-872 Sinh viên: Lê Hoàng Lăm 63 Lớp: DH08H2 GVHD: PGS-TS Nguyễn Văn Thông – GV Phạm Thị Hữu Hạnh Đề tài NCKH [32] GE Innovation Timeline 1957-1970 Retrieved on 2009-01-12 [33] Compact Fluorescent Light Bulbs Energy Star Retrieved on 2007-12-24 [34] Yulin Tang, Xiaohong Guan, Tingzhi Sua, Naiyun Gao and Jianmin Wang, Fluoride adsorption onto activated alumina: Modeling the effects of pH and some competing ions [35] Aluminium oxide, Wikipedia.org [36] J Clarke and A I Braginski (Eds.), The SQUID handbook, Vol 1, 2nd Ed., Wiley-Vch 2004 [37] US patent 4950464 1991 Purification of sunfuryl fluoide by selective adsorption [38] Kusuhara, Kenji, Occluder supporter and a method of attachment thereof, United States Patent 5360444 [39] Qian Liu, Aiqin Wang, Xuehai Wang, Peng Gao, Xiaodong Wang, Tao Zhang 2007 Synthesis, characterization and catalytic applications of mesoporous gamma-alumina from boehmite sol Microporous and mesoporous material 50, pp 234-141 [40] Ichiki, Masayoshi (Osaka, JP), Sairyo, Yuki (Suita, JP), Kondo, Kazuhiro (Amagasaki, JP), Fukuju, Atsushi (Toyonaka, JP) NOx adsorbents U.S Patent Storm [41] Jiri Cejka 2003 Organized mesoporous alumina: Synthesis, structure and potential in catalysis Applied catalysis A: Genneral 254, pp 327-338 [42] Jackie Y Ying, Christian P.Mehnert, Michael S Wong 1999 Synthesis and application of supramolecular-templated mesoporous materials Microporous and mesoporous materials 38, pp 56-77 [43] Wenlei Xie, and Haitao Li 2006 Alumina-supported potassium iodide as a heterogeneous catalyst for biodiesel productionfrom soybean oil [44] K Nakamoto, Infrared Spectra of Inorganic and Coordination compounds, John Wiley, New York 1970 p 98 [45] T Ando, S.J Brown and J.H Cark, J Chem Soc Perkin Trans 1986 p 1133 [46] C.V.A Duke, J.M Miller, J.H Clark and A.P Kybett, J Mol Catal 62 1990 p 233 [47] B.W Krupay and Y Amenomiya, J Catal 67 1981 p 362 Sinh viên: Lê Hoàng Lăm 64 Lớp: DH08H2 GVHD: PGS-TS Nguyễn Văn Thông – GV Phạm Thị Hữu Hạnh Đề tài NCKH [48] Iordan, C Kappenstein, E Colnay and M.I Zaki, J Chem Soc Faraday Trans 94 1998 p 1149 [49] R.M Levy and D.J Bauer, J Catal 76 1982 p 345 [50] W.H.J Stork and G.T Pott, J Phys Chem 78 1974 p 2496 [51] GS.TS Đào Văn Tường 2006 Động học xúc tác NXB Khoa học Kỹ thuật [52] http://tailieu.vn/xem-tai-lieu/de-tai-nuoi-thu-sinh-khoi-tao-nannochloropsisoculata-va-su-dung-cac-loai-thuc-an-khac-nhau-de-nuoi.166851.html [53] http://bionet.vn/tintuc/congnghetao/242phuongphapnuoitaospirulinavachlorella html [54] Ron Putt, Algae as a Biodiesel Feedstock: A Feasibility Assessment, Department of Chemical Engineering Auburn University, Alabama 36849-5127 [55] Yusuf Chisti, Biodiesel from microalgae beats Bioethanol, School of Engineering, Massey University, Private Bag 11 222, Palmerston North, New Zealand [56] http://vti.org.vn/default.asp?action=newsDetail&nID=6 [57] http://news.go.vn/tin/179596/Tao-Nguon-nhien-lieu-cua-tuong-lai.htm [58] http://congnghedaukhi.com/San-xuat-dau-sinh-hoc-tu-tao-t4330.html [59] http://hoahocngaynay.com/vi/hoa-hoc-hien-dai/nhien-lieu-sinh-hoc/200-sanxuat-dau-sach-tu-vi-tao.html [60] http://pda.vietbao.vn/Khoa-hoc/San-xuat-biodiesel-tu-tao-bien/20819516/188/ [61] http://www.tgvn.com.vn/printContent.aspx?ID=5655 [62] http://www.youtube.com/Biofuel Production using Microalgae [63] http://www.youtube.com/ PROCES-G Extraction of algae [64] http://www.youtube.com/ Algae Biodiesel [65] http://www.youtube.com/ALGAE BIOFUEL Panel Reproduction Reactor Solar Polycarbonate Algea [66] http://www.youtube.com/ Algae to Oil - New Petroleum on Vimeo Sinh viên: Lê Hoàng Lăm 65 Lớp: DH08H2 ... nước Tất vấn đề sở cho đề tài nghiên cứu khoa học: ‘? ?chiết xuất dầu sinh học từ vi tảo ” Sinh vi? ?n: Lê Hồng Lăm Lớp: DH08H2 GVHD: PGS-TS Nguyễn Văn Thơng – GV Phạm Thị Hữu Hạnh Đề tài NCKH CHƯƠNG... tăng sinh khối tảo cách tối ưu Trong vi? ??c nghiên cứu tảo có PGS-TS Trương Vĩnh thuộc trường Đại học Nông Lâm nghiên cứu thành công vi? ??c nuôi chiết dầu từ vi tảo với quy mơ phịng thí nghiệm Sinh vi? ?n:... nhà nghiên cứu thuộc trường đại học Pháp tìm loại vi tảo có khả sản xuất nhiên liệu sinh học với tỉ lệ cao sinh lợi Các nhà nghiên cứu lập quy trình sản xuất khơng gây ô nhiễm Vi? ??c nuôi tảo bồn