Tối ưu hoá quá trình điều chế biodiesel từ mỡ cá tra với xúc tác KOHγ-Al2O3 bằng phương pháp bề mặt đáp ứng

Tối ưu hoá quá trình điều chế biodiesel từ mỡ cá tra với xúc tác KOHγ-Al2O3 bằng phương pháp bề mặt đáp ứng

TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP T.P

-NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: Lê Viết Tấn

MSSV: 05036301

Ngành: Công nghệ hoá hữu cơ

Lớp: DHHC-1

1 Tên luận văn tốt nghiệp: “Tối ưu hoá quá trình điều chế biodiesel từ

mỡ cá tra với xúc tác KOH/γ-Al2O3 bằng phương pháp bề mặt đáp ứng”

2 Nhiệm vụ:

 Lý thuyết về đề tài, các nghiên cứu điều chế biodiesel với xúc tác rắn

 Điều chế và phân tích các đặc tính của xúc tác KOH/γ-Al2O3 sử dụngtrong phản ứng điều chế biodiesel

 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng điều chế biodiesel từ mỡ

cá tra sử dụng xúc tác KOH/γ-Al2O3 theo ma trận thực nghiệm xâydựng được bằng phần mềm Statgraphics

 Phân tích ảnh hưởng của các nhân tố nghiên cứu đến hiệu suất điều chếbiodiesel và xác định giá trị tối ưu của các nhân tố

LỜI CẢM ƠN

Sau những năm tháng học tập dưới mái trường Đại Học Công Nghiệp

Tp Hồ Chí Minh, hành trang mà em có được chính là những kiến thức về

ngành công nghệ hóa học mà thầy cô đã truyền thụ, những kỹ năng cơ bản

ban đầu của thực tế công việc Những kiến thức này sẽ là hành trang giúp

em bước vào cuộc sống và công việc của mình sau này

Lời đầu tiên, em xin gởi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô Khoacông nghệ Hóa học đã tận tâm dạy dỗ em trong suốt những năm tháng họctập dưới mái trường Các thầy cô không những truyền đạt cho em nhữngkiến thức sách vở mà còn chỉ bảo cho em những kinh nghiệm cuộc sống, tất

cả những điều đó sẽ giúp cho em vững tin bước vào cuộc đời sắp tới

Em xin chân thành cảm ơn cô Lê Thị Thanh Hương, Giám Đốc Trungtâm Công nghệ hóa học, người đã luôn tạo mọi điều kiện tốt nhất để emnghiên cứu khoa học Cô tận tình giúp đỡ, dìu dắt em trong suốt quá trìnhthực hiện luận văn tốt nghiệp này, cũng như chia sẽ những khó khăn trongsuốt quá trình nghiên cứu Em đã học được từ cô rất nhiều điều thật quý giá,giúp em vững vàng hơn trước khi bước vào cuộc sống tự lập Tình cảm vàkiến thức của cô đã dạy bảo cho em mãi mãi là một kỷ niệm không bao giờquên của những năm tháng học tập dưới mái trường này Em kính chúc côthật nhiều sức khỏe để tiếp tục sự nghiệp trồng người của mình và gặt háinhiều thành công trong công việc cũng như trong cuộc sống

Em cũng xin gởi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô trong Trungtâm công nghệ Hoá học, các thầy cô đã giúp đỡ em rất nhiều trong suốt quátrình thực hiện luận văn tốt nghiệp này Em cũng cảm ơn sự động viên, giúp

đỡ và chia sẻ những khó khăn của các bạn cùng lớp trong quá trình thựchiện luận văn

Sinh viên

Lê Viết Tấn

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, do nguồn nhiên liệu dầu mỏ ngày càng cạn kiệt dần, cùngvới đó là vấn đề ô nhiễm môi trường ngày càng trầm trọng nên yêu cầu về mộtnguồn năng lượng sạch hơn, an toàn hơn, có khả năng tái sử dụng và bềnvững lâu dài được đặt ra ngày càng cấp thiết Trong tình hình đó, biodiesel làmột trong những giải pháp thu hút được nhiều sự quan tâm nhất

Quá trình điều chế biodiesel có thể được phân loại thành các phươngpháp sử dụng xúc tác đồng thể, dị thể và không cần xúc tác Hiện nay, phươngpháp sử dụng xúc tác đồng thể được sử dụng nhiều trong các qui trình sảnxuất thương mại Tuy nhiên, phương pháp này vẫn còn nhiều nhược điểm.Những nghiên cứu gần đây cho thấy rằng, phương pháp điều chế biodieselbằng xúc tác dị thể tỏ ra có nhiều ưu điểm hơn so với phương pháp điều chếbiodiesel sử dụng xúc tác đồng thể, đặc biệt là trong quá trình phân tách vàlàm sạch sản phẩm

Tuy nhiên, các nghiên cứu điều chế biodiesel sử dụng xúc tác dị thểthường tiến hành trên nguồn nguyên liệu là các dầu béo thực vật như dầu cọ,dầu nành…, mà chưa tập trung nhiều vào nguồn nguyên liệu dầu mỡ động vật.Bên cạnh đó, nguồn nguyên liệu cũng là một trong những yếu tố quan trọngtrong quá trình sản xuất biodiesel, do nguyên liệu ảnh hưởng rất lớn đến giáthành sản phẩm và chất lượng biodiesel tạo thành

Trong khi đó, Việt Nam hiện đang có nguồn mỡ cá thô rất lớn Giáthành mỡ cá thô lại rất thấp, thậm chí được coi là phế phẩm của quá trình sảnxuất Do đó, việc sử dụng lượng mỡ cá trên một cách hợp lý sẽ đem lại nguồnlợi vô cùng lớn

Với lợi thế về nguồn nguyên liệu như vậy, thì việc nghiên cứu điều chếbiodiesel từ mỡ cá tra ở nước ta là một hướng nghiên cứu rất đáng quan tâm.Tất cả những vấn đề trên là cơ sở cho đề tài luận văn tốt nghiệp: ‘‘Tối ưu hoáquá trình điều chế biodiesel từ mỡ cá tra với xúc tác KOH/γ-Al2O3 bằngphương pháp bề mặt đáp ứng”

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN iiiLỜI MỞ ĐẦU ivDANH MỤC CÁC BẢNG viii

DANH MỤC CÁC HÌNH ix

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về biodiesel [4, 7, 12, 19] 1

1.1.1 Lịch sử hình thành và phát triển của biodiesel 1

1.1.2 Định nghĩa biodiesel và ưu nhược điểm của biodiesel 2

1.1.3 Một số phương pháp sản xuất biodiesel 3

1.1.3.1 Các nguồn nguyên liệu trên thế giới 3

1.1.3.2 Các phương pháp sản xuất biodiesel 4

1.1.4 Phản ứng chuyển hóa este 6

1.1.4.1 Định nghĩa 6

1.1.4.2 Cơ chế phản ứng 7

1.2 Tổng quan về mô hình hóa và tối ưu hóa thực nghiệm trong hóa học 7

1.2.1 Đặt vấn đề 7

1.2.2 Các phương pháp quy hoạch thực nghiệm 9

1.2.3 Xác định các hệ số phương trình hồi quy 10

1.2.4 Kiểm định sự tương hợp của phương trình hồi quy 12

1.3 Nghiên cứu sản xuất biodiesel sử dụng phương pháp tối ưu hoá thực nghiệm [12] 14

CHƯƠNG II: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25

2.1 Nguyên liệu 25

2.2 Thiết bị 25

2.3 Xây dựng mô hình thực nghiệm (Design of experiments) 26

2.4 Xây dựng mô hình toán và phân tích mối quan hệ giữa các biến với hiệu suất tạo biodiesel 32

2.5 Phương pháp tiến hành [3, 4, 8, 9, 11] 32

2.5.1 Điều chế xúc tác KOH/γ-Al2O3 32

2.5.1.1 Quy trình 32

2.5.1.2 Thuyết minh quy trình 32

2.5.1.3 Kiểm tra tính chất của xúc tác KOH/γ-Al2O3 33

2.5.2 Điều chế dầu biodiesel 34

2.5.2.1 Quy trình 34

2.5.2.2 Thuyết minh quy trình 35

2.5.3 Phân tích các chỉ số của metyleste tạo thành 35

2.5.3.1 Tính hiệu suất phản ứng 35

2.5.3.2 Tỷ trọng 36

2.5.3.3 Độ nhớt 36

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 3.1 Đặc tính của xúc tác KOH/γ-Al2O3 37

3.1.1 Kết quả phân tích BET và SEM của xúc tác KOH/γ-Al2O3 37

3.1.2 Kết quả phân tích X-ray của xúc tác KOH/γ-Al2O3 37

3.1.3 Kết quả phân tích nhiệt TG/DTA 39

3.1.4 Độ mạnh bazơ của xúc tác KOH/γ-Al2O3 40

3.1.5 Kết quả phân tích phổ hồng ngoại IR của xúc tác 40

3.2 Hiệu suất tạo biodiesel thu được từ thực nghiệm 41

3.3 Phân tích ảnh hưởng của các nhân tố đến hiệu suất [2, 4, 6, 10] 43

3.4 Xây dựng phương trình mô hình hồi quy [2, 6, 12] 45

3.5 Mô hình bề mặt đáp ứng thể hiện ảnh hưởng của các nhân tố nghiên cứu đến hiệu suất tạo biodiesel [4, 10, 12, 14] 47

3.5.1 Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác và nhiệt độ phản ứng 47

3.5.2 Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác và thời gian phản ứng 49

3.5.3 Ảnh hưởng của tỉ lệ mol metanol:mỡ cá và nhiệt độ phản ứng 51 3.5.4 Ảnh hưởng của tỉ lệ mol metanol:mỡ cá và hàm lượng xúc tác54 3.6 Điều kiện tối ưu của phản ứng điều chế biodiesel [6] 57

3.7 Khảo sát khả năng thu hồi và tái sinh xúc tác KOH/γ-Al2O3 58

3.7.1 Đặc tính của xúc tác KOH/γ-Al2O3 sau phản ứng 58

3.7.2 Thu hồi và tái sinh xúc tác KOH/γ-Al2O3 59

CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 46

4.1 Kết luận chung 61

4.2 Những nội dung chưa được thực hiện 62

4.3 Kiến nghị 62

TÀI LIỆU THAM KHẢO 63

PHỤ LỤC 65

1.1 Tổng quan về biodiesel [3, 6, 12, 19]

1.1.1 Lịch sử hình thành và phát triển của biodiesel

Biodiesel bắt đầu được sản xuất khoảng giữa năm 1800, trong thờiđiểm đó người ta chuyển hóa dầu thực vật để thu glycerol ứng dụng làm xàphòng và thu được các phụ phẩm là methyl hoặc ethyl ester gọi chung làbiodiesel

Năm 1893 lần đầu tiên Rudolf Diesel đã sử dụng biodiesel do ông sángchế để chạy máy Năm 1912, ông đã dự báo: “Hiện nay, việc dùng dầu thựcvật cho nhiên liệu động cơ có thể không quan trọng, nhưng trong tương lai,những loại dầu như thế chắc chắn sẽ có giá trị không thua gì các sản phẩmnhiên liệu từ dầu mỏ và than đá” Trong bối cảnh nguồn tài nguyên dầu mỏđang cạn kiệt và những tác động xấu lên môi trường của việc sử dụng nhiênliệu, nhiên liệu tái sinh sạch trong đó có biodiesel đang ngày càng khẳng định

vị trí là nguồn nhiên liệu thay thế khả thi Để tưởng nhớ nguời đã có công đầutiên đoán được giá trị to lớn của biodiesel, Nation Board Biodiesel đã quyếtđịnh lấy ngày 10 tháng 8 hằng năm bắt đầu từ năm 2002 làm ngày diesel sinhhọc Quốc tế (International Biodiesel Day)

Năm 1900 tại hội chợ thế giới tổ chức tại Pari, Diesel đã biểu diễn động

cơ dùng dầu biodiesel chế biến từ dầu lạc Trong những năm của thập kỷ 90,Pháp đã triển khai sản xuất biodiesel từ dầu hạt cải và được dùng ở dạng B5(5 % biodiesel với 95 % diesel) và B30 (30 % biodiesel trộn với 70 % diesel)

Các nước trên thế giới đã sản xuất biodiesel với số lượng ngày càngnhiều và tăng rất nhanh, có thể tham khảo biểu đồ hình 1.1 biểu diễn lượngbiodiesel được sản xuất trong những năm gần đây.

Hiện nay, người ta sử dụng biodiesel bằng cách pha trộn biodiesel vàothành phần diesel từ 5 ¸ 30 % Ở châu Âu, theo 2003/30/EC của EU thì từngày 31 tháng 12 năm 2005 ít nhất là 2 % và cho đến 31 tháng 12 năm 2010

ít nhất là 5,75 % các nhiên liệu dùng để chuyên chở phải có nguồn gốc tái tạo

Ở Mỹ, biodiesel đã được sử dụng từ năm 2005 dưới dạng B20

Hình 1 1 Sản lượng Biodiesel sản xuất trên thế giới thừ năm 1999-2006

1.1.2 Định nghĩa biodiesel và ưu nhược điểm của biodiesel

Biodiesel là dầu diesel sinh học, được xem là nguồn nhiên liệu sạch,hoàn toàn có thể thay thế nhiên liệu dầu đốt hóa thạch diesel thông thường.Theo tiêu chuẩn ASTM thì biodiesel được định nghĩa: “là các mono alkylester của các acid mạch dài có nguồn gốc từ các lipit có thể tái tạo lại như:dầuthực vật, mỡ động vật, được sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ diesel”

Biodiesel là một chất lỏng có màu vàng nhạt đến vàng nâu, hoàn toànkhông trộn lẫn với nước Biodiesel có điểm sôi cao (thông thường khoảng 150

oC hay 302 oF), áp suất hơi thấp, trọng lượng riêng khoảng 0.86 g/cm3, vàhoàn toàn không phải là hóa chất độc hại Độ nhớt của biodiesel tương đươngcủa dầu diesel thông thường

Bản chất của biodiesel là sản phẩm ester hóa giữa methanol hoặc

lý của biodiesel tương tự như diesel nhưng tốt hơn diesel về mặt chất thải.Biodiesel khắc phục được những các nhược điểm của dầu thực vật như độnhớt quá lớn (cao gấp 6 – 14 lần diesel), chỉ số cetan thấp Các loại biodieselđều có tỷ lệ % trọng lượng oxy khá lớn, đây là điều mà dầu diesel không có.

Biodiesel có thể được dùng hoàn toàn 100 % trong các loại động cơdiesel hoặc được phối trộn với dầu diesel hóa thạch thông thường ở bất cứ tỉ

lệ nào trong các thiết bị hiện đại chạy dầu diesel Sử dụng biodiesel có nhiềuthuận lợi cho môi trường so với diesel, cụ thể như: giảm thành phần CO trongkhí thải đến 50 % và CO2 đến 78 % Biodiesel chứa ít hydrocarbon thơm hơn

so với diesel thông thường, cụ thể là hàm lượng benzofluoranthene giảm 56

% và benzopyrenes giảm 71 % Biodiesel có thể làm giảm nhiều đến 20 %các khí thải trực tiếp dạng hạt nhỏ, các sản phẩm cháy của các chất rắn, trênthiết bị có bộ lọc, so với dầu diesel có hàm lượng sulfur thấp (< 50ppm) Khíthải dạng hạt được tạo ra khi đốt biodiesel giảm khoảng 50 % so với khi sửdụng diesel có nguồn gốc hóa thạch Đặc biệt, biodiesel có thể bị phân hủysinh học dễ dàng nên rất thân thiện cho môi trường

Bên cạnh những ưu điểm trên, biodiesel cũng có nhiều nhược điểm gâyhạn chế việc ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp và đời sống Việc sử dụngnhiên liệu chứa nhiều hơn 5 % biodiesel có thể gây nên những vấn đề sau: ănmòn các chi tiết của động cơ và tạo cặn trong bình nhiên liệu do tính dễ bị oxihóa của biodiesel Nhiệt độ đông đặc của biodiesel phụ thuộc vào nguyên liệusản xuất nhưng nói chung là cao hơn nhiều so với dầu diesel thành phẩm.Điều này ảnh hưởng rất lớn đến việc sử dụng biodiesel ở những vùng có thờitiết lạnh

Ngoài ra, biodiesel rất háo nước nên cần những biện pháp bảo quản đặcbiệt để tránh tiếp xúc với nước Biodiesel không bền, rất dễ bị oxi hóa nên gâynhiều khó khăn trong việc bảo quản

1.1.3 Một số phương pháp sản xuất biodiesel

1.1.3.1 Các nguồn nguyên liệu trên thế giới

Trên thực tế, người ta đã và đang nghiên cứu gần như tất cả nhữngnguồn dầu, mỡ có thể sử dụng để sản xuất biodiesel Việc lựa chọn loại dầuthực vật hoặc mỡ động vật nào phụ thuộc vào nguồn tài nguyên sẵn có vàđiều kiện khí hậu cụ thể của từng vùng

Với điều kiện ở châu Âu thì cây cải dầu với lượng dầu từ 40 % đến 50

% là cây thích hợp để dùng làm nguyên liệu sản xuất diesel sinh học

Ở Trung Quốc người ta sử dụng cây cao lương và mía để sản xuấtbiodiesel Ngoài ra, Trung Quốc còn nghiên cứu phát triển khai thác một loạinguyên liệu mới, đó là tảo Khi nghiên cứu loại dầu sinh học từ tảo thànhcông và được đưa vào sản xuất, quy mô sản xuất loại dầu này có thể đạt tớihàng chục triệu tấn

Mỹ cũng vận dụng các tiến bộ trong công nghệ sinh học hiện đại nhưnghiên cứu gen đã thực hiện tại phòng thí nghiệm năng lượng tái sinh quốcgia tạo được một giống tảo mới có hàm lượng dầu trên 60 %, một mẫu có thểsản xuất được trên 2 tấn dầu diesel sinh học

Các nước Tiểu Vương quốc Ảrập Thống Nhất thì sử dụng dầu jojoba,một loại dầu được sử dụng phổ biến trong mỹ phẩm để sản xuất biodiesel

Đối với khu vực Đông Nam Á, các nước Thái Lan, Inđônêxia,Malaysia cũng đã đi trước nước ta một bước trong lĩnh vực nhiên liệu sinhhọc Ở Thái Lan, người ta sử dụng dầu cọ để sản xuất biodiesel và đang thửnghiệm hạt cây jatropha, cứ 4 kg hạt jatropha ép được 1 lít biodiesel tinh khiết

100 %, đặc biệt loại hạt này không thể dùng để ép dầu ăn và có thể mọc trênnhững vùng đất khô cằn, cho nên giá thành sản xuất sẽ rẻ hơn so với các loạihạt có dầu truyền thống khác Indonexia thì ngoài cây cọ dầu, cũng như TháiLan, Indonesia còn chú ý đến cây có dầu khác là jatropha

Do chi phí cho việc trồng cây nhiên liệu lấy dầu rất thấp, hơn nữachúng lại rất sẵn trong tự nhiên nên trong tương lai, diesel sinh học có thểđược sản xuất ra với chi phí thấp hơn nhiều so với diesel lấy từ dầu mỏ

1.1.3.2 Các phương pháp sản xuất biodiesel

Hiện nay, để sản xuất biodiesel từ những nguồn nguyên liệu khác nhau

có nhiều phương pháp Nói chung các phương pháp này đều dựa trên nguyêntắc làm giảm làm giảm độ nhớt và tăng chỉ số cetan cho nguyên liệu để tínhchất của nó gần giống với nhiên liệu diesel

b Phương pháp pha loãng

Phương pháp pha loãng là một trong những phương pháp đơn giản làmgiảm độ nhớt và tăng chỉ số cetan, có thể sử dụng nhiên liệu diesel để làm môichất pha loãng Pha loãng các nguyên liệu bằng diesel sẽ tạo ra một hỗn hợpnhiên liệu mới Đây là một hỗn hợp cơ học giữa nguyên liệu và diesel, hỗnhợp này đồng nhất và bền vững Các chỉ số đặc tính của hỗn hợp dầu mỡnguyên liệu/diesel tùy thuộc vào tỷ lệ thành phần giữa dầu mỡ nguyên liệu vàdiesel và các chỉ số này thường không đạt được tính chất như diesel

c Phương pháp cracking

Quá trình cracking dầu mỡ động thực vật gần giống như cracking dầu

mỏ Nguyên tắc cơ bản là cắt ngắn mạch hydrocacbon của dầu mỡ dưới tácdụng của nhiệt độ và chất xúc tác thích hợp Sản phẩm thường gồm nhiên liệukhí, xăng, diesel và một số sản phẩm phụ khác Với các điều kiện khác nhau

sẽ nhận được tỷ lệ nhiên liệu thành phẩm khác nhau Cracking có thể thựchiện trong môi trường khí nitơ hoặc không khí

Nhược điểm cơ bản của phương pháp này là tốn năng lượng để điềuchế nhiên liệu Sản phẩm thu được bao gồm nhiều thành phần nhiên liệu khácnhau và đặc biệt là khó thực hiện được ở quy mô lớn

d Phương pháp nhũ tương hóa

Nhiên liệu ban đầu là dầu mỡ động thực vật, rượu và chất tạo sức căng

bề mặt với thiết bị tạo nhũ có thể tạo ra nhũ tương dầu mỡ – rượu, trong đócác hạt rượu có kích thước hạt khoảng 150 nm được phân bố đều trong nhũtương

Nhiên liệu thu được có độ nhớt tương đương diesel, tỷ lệ rượu càng lớnthì độ nhớt nhũ tương càng giảm Tuy nhiên, lúc đó dễ tạo ra các hạt nhũtương nhỏ, khả năng phân lớp tăng lên làm nhũ tương kém đồng nhất do đócần có biện pháp bảo quản thích hợp Nhiệt độ hóa hơi của rượu thấp nên một

phần rượu bay hơi sẽ cản trở quá trình làm việc bình thường của động cơ.

e Phương pháp este hóa

Phương pháp este hóa dầu mỡ động thực vật là phương pháp được chú

ý nhiều trong thời gian gần đây, nguyên lý chuyển hóa cơ bản có thể miêu tảnhư là phản ứng của một phần tử triglyceride (axit béo không no, có độ nhớtcao) và ba nguyên tử rượu tạo thành este của axit béo và một nguyên tửglycerin

Điều kiện của phản ứng này là cần có xúc tác và nhiệt độ thích hợp, khinày lần lượt các liên kết R1CO_, R2CO_, R3CO_, bị tách ra khỏi phân tửtriglyceride Các sản phẩm thay thế đầu tiên là diglyceride, sau đó làmonoglyceride và cuối cùng là glycerin Glycerin dễ dàng được tách ra khỏieste và sử dụng trong các ngành công nghiệp khác

Quá trình sản xuất biodiesel theo phương pháp này có thể được môphỏng trong hình 1.2

Hình 1 2 Sơ đồ thu biodiesel bằng phương pháp este hoá

1.1.4 Phản ứng chuyển hóa este

1.1.4.1 Định nghĩa

Phản ứng chuyển hóa ester còn gọi là phản ứng alcol phân, là phản ứnggiữa một este với một ancol tạo thành một este mới và một alcol mới Đối vớinguyên liệu là dầu mỡ, thành phần este là triglycerid, phương trình phản ứngđược mô tả như sau:

H 2 C

HC

H 2 C

O O O

C C C

O O O

H 2 C

OH OH OH +

Triglycerid Ancol Metyl ester(Biodiesel) Glycerin

- Sự hình thành hợp chất trung gian, ankyl este được proton hóa và mộtphân tử diglyxerit.

- Sự dịch chuyển hóa giải hấp phụ làm tái tạo lại chất xúc tác

Yếu tố khiến cho xúc tác có khả năng làm tăng hiệu quả quá trình phảnứng là nhờ vào quá trình hấp phụ nhóm cacbonyl Sự tác động qua lại giữaxúc tác và chất mang làm tăng tính ái điện tử của nguyên tố carbon của nhómcarbonyl kế cận, làm cho nó dễ dàng bị tấn công bởi tác nhân ái nhân

với:

1.2.4 Kiểm định sự tương hợp của phương trình hồi quy

Kiểm định sự tương hợp của phương trình hồi quy thu được với số liệuthực nghiệm được tiến hành theo hai bước:

- Bước 1: Kiểm tra sự có nghĩa của các hệ số phương trình hồi quy bằngtiêu chuẩn thống kê (chuẩn số) Student t :thực chất ở đây là kiểm tracác hệ số bi = 0 hay không, hay kiểm định xem thực chất có bao nhiêuyếu tố ảnh hưởng đến hàm mục tiêu

Để kiểm tra

Sự sản xuất biodiesel hay còn gọi thông thường là các methyleste củaaxit béo (FAME) đã thu hút sự chú ý quan trọng trong những năm gần đây vìyêu cầu ngày càng tăng về một nguồn năng lượng sạch hơn, an toàn hơn và cóthể tái sử dụng FAME được sản xuất chủ yếu từ dầu thực vật, đó là mộtnguồn có thể tái sử dụng và duy trì lâu dài được Quá trình sản xuất FAME cóthể được phân loại thành các phương pháp đồng thể, dị thể và không cần xúctác, sự phân loại này phụ thuộc vào loại xúc tác được sử dụng trong qui trìnhsản xuất Hiện tại, phương pháp sử dụng xúc tác đồng thể được sử dụng nhiềutrong các qui trình sản xuất thương mại Tuy nhiên, phương pháp này cónhiều vấn đề không thuận lợi

Theo các báo cáo gần đây, phương pháp chuyển hoá ester bằng xúc tác

dị thể tỏ ra có nhiều ưu điểm hơn khi so sánh với phương pháp chuyển hoá sửdụng xúc tác đồng thể, đặc biệt là trong quá trình phân tách và làm sạch sản

ứng, xúc tác và FAME tạo ra đều tồn tại trong pha lỏng, do đó sẽ dẫn đến mộtquá trình phân tách lỏng – lỏng phức tạp Quá trình thu hồi xúc tác đồng thểcũng rất khó khăn Trái lại, phương pháp sử dụng xúc tác dị thể, trong đó chấtxúc tác ở dạng rắn, không có các mặt hạn chế như vậy Quá trình phân táchrắn - lỏng diễn ra một cách tương đối dễ dàng khi so sánh với quá trình phântách lỏng – lỏng, nên sự thu hồi xúc tác rắn dễ dàng hơn nhiều Hơn nữa,phương pháp sử dụng xúc tác dị thể sẽ loại trừ được sự hình thành của xàphòng, do đó hạn chế được lượng nước rửa cần sử dụng Với việc loại trừđược sự hình thành của xà phòng, phương pháp dị thể sẽ ngăn ngừa được sựhình thành nhũ tương trong hỗn hợp, vì nhũ tương có thể gây khó khăn choquá trình phân tách và làm sạch sản phẩm.

Về cơ bản, có ba kiểu xúc tác dị thể được sử dụng trong quá trìnhchuyển hoá este; đó là a-xít, kiềm và enzym Trong mỗi phương pháp, trong

đó loại chất xúc tác dị thể được sử dụng, nói chung sẽ được đặt tên theo têncủa chính loại chất xúc tác đó Chẳng hạn, qui trình axit sẽ tương ứng với chấtxúc tác dị thể dạng axit được sử dụng trong phản ứng chuyển hoá este Hiệnnay, có nhiều loại xúc tác dị thể khả thi được sử dụng trong quá trình chuyểnhoá este, như các oxit kim loại, các phức chất kim loại, những kim loại hoạtđộng được tẩm trên các chất mang, trên zeolit, trên nhựa, trên màng, vàenzym lipaza Một vài chất xúc tác dị thể đã được cấp bằng sáng chế và được

sử dụng trong việc sản xuất thương mại FAME, chẳng hạn những xúc tácđược tìm thấy bởi công nghệ Axens Những chất xúc tác này được chứngminh có hoạt tính xúc tác cao trong quá trình chuyển hoá este Tuy nhiên, hầuhết các chất xúc tác này được sử dụng cho các loại dầu khác như dầu nành,dầu hạt cải hơn là dầu cọ

Như vậy, mục tiêu chính của bài nghiên cứu này là sản xuất cácmethyleste của axit béo (FAME) từ dầu cọ sử dụng khoáng vật sét KSF làmchất xúc tác dị thể Nghiên cứu này được hỗ trợ với quá trình thiết kế cácđiều kiện thực nghiệm bằng phương pháp thống kê sử dụng phương pháp luận

bề mặt đáp ứng (RSM) để thu nhận và phân tích các dữ liệu thu được dựa trên

ảnh hưởng của bốn biến trong quá trình đến hiệu suất của quá trình chuyểnhoá theo phương pháp nhanh và hiệu quả với số thí nghiệm ít nhất.

2 Nguyên liệu và phương pháp tiến hành

2.1 Nguyên liệu

Dầu cọ đã tinh chế được mua từ Yee Lee Edible Oils Sdn Bhd,Malaysia, trong khi đó methanol được mua từ hãng hoá chất R & MChemicals, UK Methyl heptadecanoate (được sử dụng theo tiêu chuẩn nộiđịa) và các chất chuẩn được dùng để phân tích FAME là: methyl myristate,methyl palmitate, methyl stearat, methyl oleat, methyl linoleate được mua từhãng Fluka Chemie, Đức Chất xúc tác, khoáng vật sét KSF (ở dạng bột),cũng được mua từ Fluka Chemie, Đức, được sử dụng mà không cần bất kỳmột quá trình xử lý nào khác Những yêu cầu về tính chất của khoáng vật sétKSF là độ ẩm < 12 %, a-xít tự do 8 – 12 %, và có bề mặt được bao phủ bằngaxit sulfuric Khoáng sét KSF có một giới hạn về thời gian tồn tại, bởi vậy cầnđược bảo quản trong một kho lạnh ( ở dưới -18 oC) để duy trì được những tínhchất vốn có trước khi sử dụng

2.2 Thiết lập các điều kiện tiến hành thực nghiệm

Mô hình thí nghiệm được lựa chọn trong bài nghiên cứu này là một môhình phức hợp nhiều tâm (CCD), mô hình này sẽ giúp đỡ trong việc khảo sátcác ảnh hưởng bậc 1, các ảnh hưởng bậc hai, lập phương và tích chéo của cácbiến được chọn trong quá trình chuyển hoá ester (independent variables) đếnhiệu suất của của FAME tạo ra từ dầu cọ (response) Bốn biến được nghiêncứu là nhiệt độ phản ứng, thời gian phản ứng, tỷ lệ của methanol/ dầu và hàmlượng xúc tác Bảng 1 trình bàyphạm vi và các mức nghiên cứu của bốn biếnđộc lập này Phương pháp CCD gồm có một bảng thí nghiệm với một ma trậngiai thừa gốc ở hai mức (1/2 x 24 =8), tám điểm dọc theo trục hay các thínghiệm ở điểm sao và năm điểm thí nghiệm ở tâm Giá trị alpha của ma trậnCCD này được cố định là 2 Bảng ma trận đầy đủ của những thí nghiệm vàkết quả được trình bày trong bảng 2 Tất cả các biến ở mức 0 tạo thành các thínghiệm ở tâm và sự kết hợp của mỗi biến ở các mức cao nhất (+2) và thấp

nhất (-2) của nó với mức 0 của các biến khác tạo thành các thí nghiệm ở điểmsao

Bảng 1 – Các mức nghiên cứu của bốn biến nghiên cứu được chọn.

Biến nghiên cứu mã hoáBiến Đơn vị Mức nghiên cứu

sự tương tác cấp một của các nhân tố và bjj là hệ số hồi qui bậc 2

2.3 Điều chỉnh mô hình toán và phân tích thống kê

Phần mềm dùng thiết kế phiên bản 6.0.6 (STAT- EASE Inc.,Minneapolis, Mỹ) được sử dụng để phân tích hồi quy cho dữ liệu thí nghiệmthu được nhằm đưa ra mô hình phù hợp với phương trình đa thức bậc hai đãnêu ở trên và đánh giá ý nghĩa thống kê của phương trình mô hình toán xâydựng được

2.4 Quá trình nghiên cứu

Phản ứng chuyển hoá ester được thực hiện trong một bồn phản ứng vớimột máy khuấy từ (hình 1) Hỗn hợp dầu cọ, chất xúc tác và methanol được

nạp vào trong bồn phản ứng Cường độ khuấy trộn của máy khuấy từ đượcthiết lập ở 190 - 200 vòng/phút Nhiệt độ phản ứng, thời gian phản ứng, tỷ lệdầu cọ/ methanol và hàm lượng xúc tác (khoáng sét KSF) được thiết lập theonhững giá trị đã đưa ra trong ma trận thực nghiệm đã xây dựng được trình bàytrong bảng 2 Thực nghiệm được thực hiện một cách ngẫu nhiên để ảnhhưởng của các yếu tố không kiểm soát được là nhỏ nhất Methanol dư từnhững mẫu sản phẩm thu được sau phản ứng được loại bỏ bằng máy cô quay.

Lớp phía trên của mẫu sản phẩm được tách ra khỏi lớp đáy của mẫu và đượclàm nguội bằng n-hec-xan (dung dịch loãng) trước khi đem đi phân tích cácchỉ số của FAME

Hình 1 - Sơ đồ tóm tắt cơ cấu thí nghiệm của quá trình chuyển hoá este

(thiết bị phản ứng) Bảng 2 – Mô hình ma trận thực nghiệm và kết quả (sắp xếp theo mã xúc tác)

2.5 Phân tích

Quá trình phân tích các chỉ số của FAME tạo ra từ dầu cọ trong cácmẫu được thực hiện bằng phương pháp sắc khí (GC) với cột mao quản InertCap WAX (30mm x 0.25mm x I.D 0,25m Hê-li được sử dụng làm khímang Nhiệt độ của máy lúc ban đầu là 120 oC và được giữ trong 1 giờ, sau đó

tăng lên đến 220 oC (được giữ trong15 phút) với tốc độ 4 oC/phút Nhiệt độcủa đầu tiêm và đầu dò được thiết lập tương ứng là 220 oC và 250 oC Mộtlượng khoảng 1l từ mỗi mẫu được tiêm vào trong cột Hiệu suất của FAMEtạo ra từ dầu cọ trong quá trình chuyển hoá este được tính toán tương tự theophương pháp của Jitputti et al.

x3 và x4 Những hệ số có ý nghĩa khác bao gồm ảnh hưởng tương tác đồngthời ứng của các biến, cụ thể là ảnh hưởng của tương tác giữa biến x2 và x4 vàgiữa biến x1 và x4 Thời gian phản ứng dài hơn cho phép đủ thời gian cần thiếtcho quá trình chuyển hoá este xảy ra hoàn toàn, hay ít nhất là đến mức cựcđại

Những kết quả trong bảng 2 chứng minh rằng hoàn toàn có khả năngcải thiện hiệu suất của FAME tạo ra từ dầu cọ với sự lựa chọn chính xác cácbiến ảnh hưởng đến quá trình chuyển hoá este sử dụng khoáng sét KSF làmchất xúc tác Hoạt tính xúc tác của khoáng sét KSF trong phản ứng chuyểnhoá este, tại tốc độ phản ứng bất kỳ, được cho là do tính axit của xúc tác Như

ta đã đề cập trước đó, khoáng sét KSF có hàm lượng axit tự do là 8 - 12%, và

có bề mặt được bao phủ bằng axit sulfuric Axit sulfuric là một axit mạnhtiêu biểu, và ta biết rằng phản ứng chuyển hoá este được xúc tác bằng axit haybazơ, vì vậy tính axit mạnh của khoáng sét KSF này đã có đóng góp quyếtđịnh đến hiệu suất cao của FAME tạo ra từ dầu cọ

Bảng 3 – Phân tích ANOVA cho phương trình mô hình hồi qui và các hệ số sau khi

loại bỏ các hệ số không có ý nghĩa

Tuy nhiên, khi hiệu suất cực đại đạt được tại những biên của các biếnthí nghiệm được lựa chọn trong bài nghiên cứu này, các điều kiện thí nghiệmtối ưu để đạt được hiệu suất cực đại không thể rút ra được (ngoại trừ nhữngđiều kiện thí nghiệm tại biên của những biến nghiên cứu) Điều này cũng do

mô hình xây dựng được bằng phần mềm DOE gây ra, bởi lẽ không có hiệusuất cực đại nào nằm bên trong miền thực nghiệm được khảo sát Bởi vậy, môhình xây dựng được bằng phần mềm DOE được dùng để tạo điều kiện thuậnlợi cho việc kiểm tra chính xác ảnh hưởng của các biến và tương tác củachúng đến hiệu suất của quá trình chuyển hoá este Trong số bốn hệ số tươngtác được tìm thấy có ảnh hưởng quan trọng đến hiệu suất tạo ra FAME từ dầu

cọ, những ảnh hưởng quan trọng là tương tác giữa biến x2 và x4 và giữa biến

x1 và x4

Hình 3 cho thấy có sự thay đổi hiệu suất khi thay đổi nhiệt độ phản ứng

ở hàm lượng xúc tác 2 % và 4 % Hai biến khác của quá trình là: thời gianphản ứng và tỷ lệ của dầu/ methanol được giữ cố định tại 180 phút và 1: 8 Tanhận thấy có một kết luận chung rằng tỉ lệ phần trăm cao của xúc tác sẽ dẫnđến hiệu suất chuyển hoá tryglycerids thành methyl ester cao hơn, bởi vì hiệulực của các tâm hoạt động sẽ tăng cao Tuy nhiên, kết luận này không phảiluôn luôn đúng Ta có thể thấy trong hình 3, hiệu suất của biodiesel tạo ra ở 4

% xúc tác thấp hơn ở 2 % xúc tác khi nhiệt độ phản ứng thấp hơn 95 oC Điềunày có thể được giả thuyết rằng có những tương tác tồn tại giữa nhiệt độ phảnứng với chính các tâm hoạt động trên xúc tác

Hình 4 cho thấy có sự thay đổi trong hiệu suất tạo ra FAME từ dầu cọvới các khoảng thời gian phản ứng khác nhau ở hàm lượng 2 % và 4 % xúctác Hai biến khác của quá trình là: nhiệt độ phản ứng và tỷ lệ dầu/methanolđược giữ cố định ở 120 oC và 1:8 Ta nhận thấy trong hình 4, khi cùng mộtthời gian phản ứng ngắn hơn, hàm lượng 2 % xúc tác cho hiệu suất tạo FAME

thấp hơn so với 4 % xúc tác Tuy nhiên, hiệu suất ở 2 % xúc tác tiếp tục tăngđều cho đến khi vượt qua hiệu suất ở 4 % xúc tác sau khi phản ứng đến 210phút Mặt khác, ở 4 % xúc tác ta nhận thấy có một hiệu suất khá ổn định tronghầu hết các khoảng thời gian phản ứng và giảm nhẹ khi thời gian phản ứnglớn hơn 210 phút Từ hiện tượng này, ta có thể kết luận rằng, sự cân bằng củaphản ứng đạt được nhanh chóng với hàm lượng 4 % xúc tác, và sau khi đạtđến trạng thái cân bằng, phản ứng chuyển hoá este có thể dừng lại hoặc bắtđầu dịch chuyển theo chiều ngược lại Trạng thái cân bằng của phản ứngchuyển hoá ở 2 % xúc tác chỉ có thể đạt được sau khoảng thời gian phản ứngdài hơn vì tính hoạt động của các tâm hoạt tính của xúc tác nhỏ hơn, như vậy

độ chuyển hoá ở 2 % xúc tác sẽ dịch chuyển tăng dần từ 120 phút đến 240phút Tóm lại, tốc độ chung của phản ứng, đó là phản ứng chuyển hoá este vàphản ứng theo chiều nghịch lại, có thể chịu ảnh hưởng trực tiếp bởi tổng sốnhững tâm hoạt tính của chất xúc tác, bởi vì các tâm hoạt tính lớn hơn sẽ tăngtốc cho cả phản ứng thuận và phản ứng nghịch

Hình 3- Ảnh hưởng của hai biến nhiệt

độ phản ứng và hàm lượng xúc tác

đến hiệu suất: a) mô hình bề mặt đáp

ứng; b) bản vẽ theo hai chiều

Hình 4- Ảnh hưởng của hai biến thời gian phản ứng và hàm lượng xúc tác đến hiệu suất: a) mô hình bề mặt đáp ứng; b) bản vẽ theo hai chiều

CHƯƠNG II

NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Nguyên liệu

- Mỡ cá: Công ty xuất nhập khẩu Afiex, An Giang

- KOH: 82 %, (Shantou Xilong, Quảng Đông, Trung Quốc)

- Al(OH)3: 97 %, (Xing Ta, Quảng Đông, Trung Quốc)

- Metanol công nghiệp: 90 %

- Bể điều nhiệt: Memmert

- Cân phân tích: CP 324S Sartorius, Sartorius AG Gottingen, Germany

2.3 Xây dựng mô hình thực nghiệm (Design of experiments) [5, 7, 12]

Mô hình thí nghiệm được lựa chọn trong bài nghiên cứu này là một môhình phức hợp nhiều tâm (CCD: central composite design), mô hình này sẽgiúp đỡ trong việc khảo sát các ảnh hưởng bậc 1, các ảnh hưởng bậc hai, lậpphương và tích chéo của các biến được chọn trong quá trình chuyển hoá este(independent variables) đến hiệu suất của biodiesel tạo ra từ mỡ cá (response)

Mô hình thí nghiệm CCD này còn giúp cho việc tiến hành nghiên cứu và phântích thống kê các dữ liệu thực nghiệm thu được một cách chính xác và nhanhnhất, với số thí nghiệm cần thực hiện là ít nhất Bốn biến được chọn nghiêncứu là nhiệt độ phản ứng (oC), thời gian phản ứng (phút), tỷ lệ của mỡcá:methanol (mol/mol) và hàm lượng xúc tác (%) Hàm đáp ứng được chọn

để khảo sát là hiệu suất tạo biodiesel trong phản ứng chuyển hoá (đơn vị tính

là %) Bảng 2.1 trình bày phạm vi và các mức nghiên cứu của bốn biến độclập được chọn để khảo sát

Bảng 2 1 Phạm vi và các mức nghiên cứu của bốn biến được chọn.

Mức nghiên cứu của các nhân tố được lựa chọn như trên bởi việc xemxét giới hạn hoạt động của các thiết bị thí nghiệm và các tính chất của các tácchất phản ứng Trên mức nhiệt độ 65 °C, được xác định là điểm sôi củamethanol, vì vậy lượng methanol sẽ bay hơi đáng kể trước khi tham gia phảnứng và nhiệt độ cao sẽ thúc đẩy phản ứng phụ, đó là phản ứng xà phòng hoá,làm giảm hiệu suất tạo biodiesel Mức thấp hơn nhiệt độ 55 °C, khi đó nhiệt

độ sẽ không đủ để phản ứng có thể diễn ra hoàn toàn Mức nghiên cứu của tỉ

lệ xúc tác được chọn là 5 % và 7 % được chọn theo các các tài liệu đã nghiêncứu trước đó Mặc dù tỉ lệ mol của methanol và mỡ cá theo phương trình hoáhọc là 3:1, nhưng do đây là một phản ứng thuận nghịch nên theo nguyên lýLechardie, ta phải chọn một tác chất dư, ở đây ta chọn methanol, và căn cứvào các báo cáo trong các nghiên cứu trước đây ta chọn mức cao cho tỉ lệmethanol/mỡ cá là 9:1 và mức thấp là 7:1 Thời gian phản ứng nếu quá dài cóthể làm phản ứng dịch chuyển theo chiều ngược lại hoặc phát sinh các phảnứng phụ khác, chẳng hạn như phản ứng xà phòng hoá; ngược lại nếu quá ngắnthì triglycerides chưa chuyển hoá hoàn toàn thành metyleste (ME) Theo cáctài liệu nghiên cứu trước đây, ta chọn mức cao cho thời gian phản ứng là 120phút và mức thấp là 60 phút

Giữa các biến mã hoá (xi) và các giá trị biến thật (Zi) đã chọn để nghiêncứu ở các mức nghiên cứu khác nhau được liên hệ với nhau qua các hệ thứcsau:

ithuc io i

- Zio: giá trị nghiên cứu ở mức 0 (mức gốc)

- i: khoảng biến thiên của biến nghiên cứu Giá trị của i đượctính nhờ biểu thức sau:

ax - Zmin

2

m i

Z

 

- Zmax: giá trị nghiên cứu ở mức cao (+1)

- Zmin: giá trị nghiên cứu ở mức thấp (-1)

Mô hình thực nghiệm CCD gồm có một bảng thí nghiệm ma trận gốc ởhai mức (2k=24 =16), 8 thí nghiệm ở điểm sao và 3 điểm thí nghiệm ở tâm,vậy tổng số thí nghiệm cần tiến hành là 27 Tất cả các biến ở mức 0 tạo thànhcác thí nghiệm ở tâm và sự kết hợp của mỗi biến ở các mức cao nhất (+ ) vàthấp nhất (- ) của nó với các biến khác tạo thành các thí nghiệm ở điểm sao.Giá trị alpha ( ) của ma trận CCD này được xác định là:

số

Bảng 2 2 Bảng ma trận mã hoá của bốn biến được chọn để nghiên cứu Bảng 2 3 Điều kiện phản ứng cụ thể cho các thí nghiệm trong mô hình thực

2.5.1.2 Thuyết minh quy trình

- Điều chế γ-Al2O3: chất mang γ-Al2O3 được điều chế bằng quá trìnhnung Al(OH)3 ở 650 oC trong 6 giờ Sau đó, γ-Al2O3 được sàng trên máy sàngrung để thu được các hạt mịn có kích thước nhỏ hơn 90m

- Điều chế xúc tác KOH/γ-Al2O3: cân chính xác lượng KOH và lượng

γ-Al2O3 cần thiết cho quá trình tẩm theo các tỉ lệ cần khảo sát Hòa tan KOHtrong bercher với lượng nước cất vừa đủ để tạo một dung dịch kiềm đậm đặc.Sau đó, cho γ-Al2O3 từ từ từng lượng một vào bercher, khuấy đều trong 3giờ.Quá trình tẩm được thực hiện ở nhiệt độ phòng Sau quá trình tẩm, xúc tácđược đem sấy trong môi trường không khí ở nhiệt độ 120 oC trong 24 giờ.Trước khi đem thực hiện phản ứng chuyển hóa ester, xúc tác được nung hoạthóa ở nhiệt độ 550 oC trong 2.5 giờ

2.5.1.3 Kiểm tra tính chất của xúc tác KOH/γ-Alγ-Al 2 O 3

a Phương pháp xác định diện tích bề mặt (BET)

Bề mặt riêng là một trong những tính chất quan trọng của xúc tác dịthể, bởi vì phản ứng xảy ra trên bề mặt của xúc tác Bề mặt riêng càng lớn thìcàng thuận lợi cho phản ứng Bề mặt riêng của chất mang γ-Al2O3 và xúc tácKOH/γ-Al2O3 được đo trên máy 3000 – ChemBet – Mỹ, tại Viện khoa học vàcông nghệ Việt Nam (số 1, Mạc Đĩnh Chi, Q.1, Tp.Hồ Chí Minh)

b Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM)

Cấu trúc bề mặt của xúc tác và kích thước các hạt xúc tác được quan sátqua kính hiển vi điện tử Mẫu xúc tác được chụp tại Viện khoa học và côngnghệ Việt Nam (số 1, Mạc Đĩnh Chi, Q.1, Tp.Hồ Chí Minh) Sử dụng máyhiển vi điện tử quét (SEM) 7410F – JMS – JEOL – Nhật, với độ phóng đại

500 – 100000 lần

c Phương pháp phân tích phổ hồng ngoại (IR)

Để có những hiểu biết sâu hơn về tương tác giữa KOH và chất mang

-Al2O3 trong quá trình tẩm xúc tác, đồng thời để xác định các liên kết hìnhthành trong xúc tác, các đặc trưng của xúc tác được phân tích bằng phươngpháp phân tích hồng ngoại IR Các phổ IR của xúc tác được ghi trên thiết bị

Vector22 – Bruker – Đức, tại Viện khoa học và công nghệ Việt Nam (số 1,Mạc Đĩnh Chi, Q.1, Tp.Hồ Chí Minh) Các mẫu được phân tích ở nhiệt độphòng trong vùng bước sóng 400 – 4000 cm-1.

d Phương pháp phân tích phổ X-ray

Để nhận biết được hàm lượng -Al2O3 và các chất được hình thànhtrong quá trình chuẩn bị xúc tác, ta tiến hành phân tích phổ X-ray của xúc tác

và phổ X-ray của chất nền -Al2O3 Giản đồ phổ X-ray của xúc tác và chấtnền được ghi trên máy D8 Advance – Bruker – Đức, ở Viện khoa học và côngnghệ Việt Nam (số 1, Mạc Đĩnh Chi, Q.1, Tp.Hồ Chí Minh)

Các mẫu được phân tích ở chế độ máy sử dụng ống phát tia X bằng Cu

với bước sóng K =1,54056 Ao, điện áp 40 Kv, cường độ dòng điện 40 mA,nhiệt độ 25 oC góc quét 2= 2o – 75o, bước quét 0.03o

e Phương pháp phân tích nhiệt TG - DTA

Để có thể xác định được nhiệt độ nung hoạt hoá xúc tác tốt nhất, đồngthời xác định được các tương tác xảy ra giữa chất tẩm lên KOH với chất mang

-Al2O3 trong quá trình nung hoạt hoá xúc tác, ta tiến hành phân tích nhiệt

TG – DTA cho xúc tác Mẫu xúc tác được đem phân tích nhiệt trên thiết bịSTA 409 PC – NETZSCH, ở khoa Công Nghệ Vật Liệu - Trường Đại HọcBách Khoa Tp Hồ Chí Minh (268, Lý Thường Kiệt, Q.10, Tp Hồ Chí Minh)

2.5.2 Điều chế dầu biodiesel

2.5.2.1 Quy trình

Methanol Mỡ cá tra

Lắng tách Rửa

Sấy

Biodiesel

-Nước rửa -Pha glycerin Nước cất nóng

Nước

Xúc tác

Hoạt hóa xúc tác Ester hóa

Xúc tác

Hình 2 3 Quy trình điều chế biodiesel sử dụng xúc tác KOH/γ-Alγ-Al 2 O 3

2.5.2.2 Thuyết minh quy trình

Cân khối lượng xúc tác KOH/γ-Al2O3 và khối lượng methanol cần thiết,theo giá trị được cho trong bảng ma trận đã xây dựng được, cho vào bìnhphản ứng, lắp nhiệt kế vào Sau đó, đặt bình phản ứng lên máy khuấy từ,khuấy hỗn hợp này 15 - 20 phút cho xúc tác tan hoàn toàn (lúc này không cầngia nhiệt cho hỗn hợp) Cho mỡ cá đã xử lý vào hỗn hợp phản ứng rồi gianhiệt đến nhiệt độ phản ứng cần thiết ứng với thí nghiệm trong ma trận xâydựng được, khuấy trộn mạnh hỗn hợp, phản ứng trong khoảng thời gian đãhoạch định theo thí nghiệm trong ma trận

Phản ứng kết thúc, hỗn hợp sau phản ứng được để lắng trong phễu chiết

để tách xúc tác rắn, và phân thành hai lớp:

 Lớp trên: metyl este

 Lớp dưới: glycerin và triglyceride dư

Hỗn hợp metyleste ở trên đem rửa sạch với nước cất để loại bỏ tạp chất vàglyxerin, thu được dầu biodiesel nguyên chất Tiến hành tách nước cho dầu