Tổng hợp epoxy hóa dầu thực vật

TỔNG QUAN LUẬN VĂN GVHD: TS HOÀNG THỊ KIM DUNG Trường ĐH Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh Khoa Kỹ thuật Hóa học Bộ môn Kỹ thuật Hữu cơ Đồ án chuyên ngành Tổng hợp epoxy hóa dầu thực vật GVHD: TS. Hoàng.T. Kim Dung SVTH: Tôn Anh Khoa MSSV: 60901256 Thành phố Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2013 TỔNG QUAN LUẬN VĂN GVHD: TS HOÀNG THỊ KIM DUNG TỔNG QUAN LUẬN VĂN GVHD: TS HOÀNG THỊ KIM DUNG Đại học Quốc Gi a Tp.HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc Số: _______ /BKĐT TỒNG QUAN LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC 1. Đầu đề luận án: Tổng hợp epoxy hóa một số dầu thực vật. 2. Nhiệm vụ (yêu cầu về nội dung và số liệu ban đầu): Giới thiệu tổng quan, lý thuyết cho đề tài Thực nghiệm sơ bộ Định hướng nghiên cứu trong tương lai 3. Ngày giao nhiệm vụ luận án: 4. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 5. Họ tên người hướng dẫn:Phần hướng dẫn: TS. Hoàng Thị Kim Dung …………………… …………………… Nội dung và yêu cầu LVTN đã được thông qua Bộ môn. Ngày tháng năm 2013 Ngày tháng năm 2013 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHÍNH (Ký và ghi rõ họ tên) ( Ký và ghi rõ họ tên) PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN: Người duyệt (chấm sơ bộ): Đơn vị: Ngày bảo vệ: Điểm tổng kết: HỌ VÀ TÊN NGÀNH TÔN ANH KHOA KỸ THUẬT HỮU CƠ MSSV LỚP 60901256 HC09CHC TỔNG QUAN LUẬN VĂN GVHD: TS HOÀNG THỊ KIM DUNG Nơi lưu trữ luận văn: MỞ ĐẦU Theo quy hoạch phát triển ngành nhựa Việt Nam đến năm 2020, tầm nhìn đến năm 2025 của Viện Nghiên Cứu Chiến Lược, chính sách công nghiệp thuộc Bộ Công Thương cho biết: hiện nay hầu như các loại hóa chất phụ gia cho ngành nhựa đều phải nhập khẩu. Một mặt, việc sản xuất các loại hóa chất phụ gia cho ngành nhựa đòi hỏi đầu tư rất lớn, công nghệ cao và phụ thuộc khả năng cung cấp hóa chất cho ngành hóa dầu; mặt khác, tính về lợi ích kinh tế, hiện nay Việt Nam chưa có điều kiện vật chất và trình độ cho phép tự sản xuất hóa chất phụ gia này, nên tính kinh tế và hiệu quả sẽ không cao. Hiện nay chất hóa dẻo gốc Phtalate như DOP đang dần loại khỏi thị trường Mỹ và Châu Âu do tính độc hại của gốc Phthalate gây ra hàng loạt các chứng bệnh và nhiều ca ngộ độc ở trẻ em. Sản phẩm màng bọc thực phẩm PVC có chứa chất hóa dẻo DOP gây ảnh hưởng đến sức khẻo người tiêu dùng. Do đó yêu cầu về việc sử dụng một nhóm chất hóa dẻo khác thay thế cho DOP là cấp thiết để đáp ứng nhu cầu bảo vệ sức khỏe người tiêu dùng. Với mục đích bám sát theo định hướng phát triển của nhà nước, đề tài nghiên cứu sử dụng nguồn nguyên liệu tự có trong nước là dầu thực vật. Dầu thực vật sau khi được chuyển hóa được sử dụng thay thế một phần cho DOP, làm giảm chi phí sản xuất đồng thời giảm thiểu khả năng gây độc hại cho người sử dụng. Đã có nhiều công trình trong và ngoài nước nhiên cứu chuyển hóa dầu thực vật để làm chất hóa dẻo thay cho nhóm chất hóa dẻo gốc phtalate mà điển hình là DOP. Trên thế giới đã nghiên cứu thành công quá quá trình epoxy hóa dầu đậu nành và đưa vào sản xuất. Dầu đậu nành epoxy hóa cũng đang được công ty cổ phần nhựa Rạng Đông sử dụng làm chất ổn định nhiệt cho nhựa PVC. Bên cạnh tính chất ổn định nhiệt, dầu thực vật epoxy hóa còn có tính chất của một chất hóa dẻo và có khả năng thay thế cho DOP. Định hướng nghiên cứu chuyển hóa biến tính dầu thực vật thông qua quá trình epoxy hóa với nguồn nguyên liệu là dầu đậu nành. Dầu đậu nành epoxy hóa được sử dụng hiện nay là hoàn toàn nhập khẩu có giá thành tương đương với dầu DOP. Do đó, việc nghiên cứu điều kiện tối ưu cho quá trình epoxy hóa dầu đậu nành có nguồn gốc trong nước nhằm cải tiến các tính chất mong muốn cần có của một chất hóa dẻo là cấp thiết. “Biến tinh dầu thực vật thông qua quá trình epoxy hóa để làm chất hóa dẻo thân thiện với môi trường” Công ty nhựa Rạng Đông Mục tiêu của đề tài là tổng hợp epoxy hóa dầu đậu nành để ứng dụng trong ngành nhựa, thay thế cho việc sử dụng DOP vốn phải nhập khẩu và không an toàn cho người TỔNG QUAN LUẬN VĂN GVHD: TS HOÀNG THỊ KIM DUNG tiêu dùng. Trong phạm vi nghiên cứu, định hướng nghiên cứu tác nhân epoxy hóa nào làm tăng chất lượng và số lượng dầu đậu nành bị epoxy để ứng dụng trong thực tiễn. MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN………………………………… I. GIỚI THIỆU VỀ DẦU THỰC VẬT 1.1. Sơ lược về dầu thực vật và phân bố …………………………………………1 1.2. Đặc trưng- tính chất vật lý- tính chất hóa học……………………………… 4 1.3. Công nghệ tinh luyện dầu thực vật………………………………………… 10 II. PHẢN ỨNG EPOXY HÓA VÀ CÁC TÁC NHÂN EPOXY HÓA……………11 III. ỨNG DỤNG CỦA EPOXY HÓA…………………………………………… 14 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM……………………………………………………… 15 CHƯƠNG 3: ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU……………………………………… 18 TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………………… 20 TỔNG QUAN LUẬN VĂN GVHD: TS HOÀNG THỊ KIM DUNG TỔNG QUAN LUẬN VĂN GVHD: TS HOÀNG THỊ KIM DUNG TỔNG QUAN LUẬN VĂN GVHD: TS HOÀNG THỊ KIM DUNG CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN I. GIỚI THIỆU VỀ DẦU THỰC VẬT 1.1 Sơ lược về dầu thực vật và phân bố Dầu mỡ là những hỗn hợp của nhiều chất hữu cơ tan trong các dung môi hữu cơ thông thường như hexan,ete, cloroform nhưng không tan trong nước, tìm thấy rộng rãi trong thực vật và động vật. Ngay cả rau quả không phải là nguồn chính chất béo cũng thường chứa từ 0,1 đến khoảng 1% chất béo. Dầu mỡ là nguồn năng lượng đậm đặc, khoảng gấp đôi năng lượng cung cấp bởi lượng tương đượng protein hay đường bột. Khi nói đến vấn đề suy dinh dưỡng, thường là nói đến sự thiếu protein và ít để ý đến vai trò của chất béo, ngoài ra số không ít bà mẹ không dám cho trẻ con ăn dầu mỡ vì nghĩ rằng khó tiêu, cho nên trẻ em đã bị suy dinh dưỡng mà ăn quá ít chất béo thì lại càng chậm hồi phục. Một điểm khác cũng đáng lưu ý là trong tình trạng suy dinh dưỡng, thiếu năng lượng, cơ thể sẽ huy động chất béo trong tế bào và mô mỡ, có khả năng góp phần làm cấu trúc các mô tế bào cơ thể thay đổi xấu đi, chưa kể đến các bệnh lở ngoài da do thiếu chất béo, nhất là thiếu 1 số axit béo cần thiết cho cơ thể được dầu mỡ cung cấp vào. Dầu mỡ còn hòa tan được các vitamin tan trong dầu (A,D,E,K) giúp cho các quá trình sinh học trong cơ thể thực hiện được. Dầu mỡ còn là nguồn nguyên liệu quan trọng cho công nghiệp chế biến sơn, vecni các loại, keo, mực in, nến, chất tạo nhũ, chất thấm ướt, chất tẩy rửa, chất dẻo… một số chất béo cũng dùng trong y dược như bơ, ca cao, dầu mù u, dầu thầu dầu… Chất béo động vật chủ yếu nằm ở các lớp mỡ dưới da và quanh các cơ ở bụng và rải rác ở 1 số bộ phận khác của cơ thể. Gan cá chứa 1 lượng chất béo quan trọng, sữa động vất chứa chất béo là bơ. Nói chung lớp mỡ nằm dưới da động vất chứa 85-90% chất béo. Trong cá voi lớp mỡ dưới da có thể dày đến 40-45 cm và chiếm 25-30% trọng lượng cơ thể. Chất béo thực vật tích trữ chủ yếu trong quả và hột. khi hạt nảy mầm cũng như trong lúc tăng trưởng ban đầu, chất béo bảo đảm năng lượng cần thiết. Về nguồn gốc sinh thành, đối với thực vật, chất béo có thể được tổng hợp về gluxit. Trong các hột, khi hột chín dần thì 1 phần tinh bột sẽ chuyển thành chất béo. 1 trường hợp ghi nhận là trong hột điều, khi trái điều chín, vỏ hột điều mới có nhiều dầu gốc phenol, thí nghiệm cho biết 1 số chất béo từ nhân đã chuyển thành dầu vỏ hột điều. Đối với động vật, chất béo có được từ nguồn cung cấp ngoài nhưng cũng có thể tổng hợp từ gluxit và protein. Một số axit béo cần thiết cho cơ thể động vật không tổng hợp được trực tiếp và cần phải được cung cấp vào ( axit linoleic chẳng hạn). 8 TỔNG QUAN LUẬN VĂN GVHD: TS HOÀNG THỊ KIM DUNG Hiện nay nguồn dầu mỡ trong nước chủ yếu là dầu dừa, dầu phộng và 1 ít mỡ heo, mỡ bò. Trong tương lai rất gần ta có thêm nguồn dầu đậu nành. 1.1.1 Dầu dừa Dừa tập trung nhiều nhất ở Bến Tre, Bình Định, Thanh Hóa…. Tuy nhiên năng suất dầu của các giống dừa của ta tương đối quá thấp so với giống dừa của nước ngoài. Nhiều vườn dừa chưa chăm sóc đúng mức, sâu bệnh phá hoại, dừa mọc hoang…, do đó để khôi phục và phát triển ngành dừa cần phải giải quyết hàng loạt vấn đề về giống, phân bón, thuốc trừ sâu, phương pháp chế biến, đội ngũ chuyên môn. Trước mắt cần đảm bảo số dừa con cho đủ để khôi phục lại những rừng dừa đã già hay đã bị thuốc khai hoang tàn phá trong chiến tranh. 1.1.2 Dầu đậu phộng Đậu phộng là loại cây cho dầu ngắn ngày cũng được trồng nhiều nơi trong nước. 1.1.3 Dầu đậu nành( đậu tương) Có thể nói đậu nành là cây có dầu đứng đầu về sản lượng thế giới, trồng nhiều nhất ở Mỹ và Trung Quốc, Brazil. Ở Việt Nam sản lượng đậu nành hằng năm 100.000-125.000 tấn, năng suất là 9.5-10 tạ/ha (niên giám thống kê năm 1995). Ở Việt Nam trồng nhiều nhất là Hà Bắc, Cao Bằng, Hà Tây, Đồng Nai, Đồng Tháp, An Giang. Là loại hạt có đạm và có dầu. protein (đạm) của dầu đậu nành có hoạt tính sinh học cao và có thể hỗ trợ khi thiếu protein động vật. Thành phần axit amin của protein đậu nành rất hoàn chỉnh, chứa tất cả các axit amin không thay thế. Hàm lượng lizin trong đậu nành gấp 10 lần so với lúa mỳ, ngô, gạo; còn tryptophan gấp 9 lần so với lúa mỳ. Trong hạt đậu nành, hàm lượng protein hòa tan trong nước có tới 80-90% trong tổng số các protein. Do tính chất trên nên đậu nành là nguyên liệu quý để sản xuất sữa đậu nành và các sản phẩm giàu protein thực vật khác. Trong hạt đậu nành ngoài hệ enzym (lipase, lipoxydase) các vitamin còn đặc biệt chứa chất kiềm hãm tripcin (kìm hãm quá trình tiêu hóa và trao đổi chất), saponin (chất kìm hãm sự phát triển của gà con, chất tạo bọt). Hàm lượng dầu trong hạt từ 15-25%. Dầu đậu nành chứa hàm lượng photphatit khá cao 3-5%. ở nước ta phát triển photphatit đậu nành cô đặc được ứng dụng trong công nghiệp sản xuất margarin,bánh kẹo, bánh mỳ. Hạt đậu nành hình oval, có vỏ bao bọc, vỏ chiếm khoảng 5% khối lượng hạt. Khối lượng 1000 hạt khô là 140-200g. dung trọng của hạt là 600-780 kg/m3. Dầu nành ép từ hạt đậu nành có màu từ vàng nhạt đến vàng, có mùi đặc trưng của đầu nành, có thành phần axit béo khá hoàn chỉnh. Các chỉ số của dầu: - SV : 189-195 9 TỔNG QUAN LUẬN VĂN GVHD: TS HOÀNG THỊ KIM DUNG - IV : 105-130 - Tỷ trọng ở 30 o C là 0.918-0.924 Thành phần axit béo: - Axit béo no (chủ yếu là palmitic): 10-20% - Axit béo không no (chủ yếu là oleic và linolenic): 80-85% Thành phần Tỷ trọng Palmitate 13 Stearate 4 Oleate 19 Linoleate 56 Linolenate 5 Behenate 1 Khác 2 1.1.4 Dầu cao su Hạt cao su cũng cho hàm lượng dầu đáng kể (10-14% trọng lượng hột kể cả vỏ). với trên 500.000 ha dự tính trồng, thì có thể thu hoạch khoảng 200.000 tấn hột tức 20.000 tấn dầu/ năm. Đây là 1 lượng dầu công nghiệp đáng kể cho các tỉnh phía Nam. 1.1.5 Dầu thấu dầu Thầu dầu cũng là loại cây công ngiệp ngắn ngày cho dầu. Hàm lượng dầu trong hột khoảng 35-55%. Dầu thầu dầu đã có chỗ đứng trong công nghiệp chế biến trong nước. 1.1.6 Những nguồn dầu khác a) Dầu mè Mè cũng là cây công nghiệp ngắn hạn được trồng từ lâu. Có hai loại mè: mè trắng (sesamum indicum) và mè đen (sesamum nigrum). Năng suất hột tương đối kém 400-600 kg/ha. Hột mè chứa khoảng 50-55% dầu. Dầu mè có mùi dễ chịu dùng trong các bữa ăn, hiện rất có giá. b) Dầu bông Dầu bông là sản phẩm phụ của công nghiệp bông vải. Hàm lượng dầu trong hột kể cả vỏ là 15-25%. Năng suất hột khoảng 2 tấn/ha. Nếu phát triển trồng bông vải nhiều ở miền trung, lượng dầu bông thu hoạch sẽ đáng kể. Dầu bông có thể chứa chất độc goxipol do đó cần tách sạch trước khi sử dụng trong ngành thực phẩm. Liên Xô, Trung Quốc và Mỹ là 3 nước sản xuất dầu bông lớn nhất thế giới. c) Dầu trấu Cây trấu được trồng ở miền Bắc. Dầu trấu gồm glixerit chứa nhiều axit béo có 3 nối kép liên hợp (axit anpha-eleostearic). Đây là loại dầu công nghiệp sử dụng trong lĩnh vực sơn, vecni. Hiện lượng dầu trấu cung cấp vẫn chưa đủ cho nhu cầu trong nước. d) Dầu cám Đây là 1 nguồn dầu khá lớn chưa được khai thác đúng mức trong nước do chưa giải quyết được việc tập trung lượng lớn khá phức tạp và kỹ thuật xử lý, trích ly, ép và chế 10 [...]... hiện khả năng ổn định nhiệt chứ chưa có tính hóa dẻo tốt Do đó, việc nghiên cứu điều kiện tối ưu cho quá trình epoxy hóa dầu đậu nành có nguồn gốc trong nước nhẳm cải tiến các tính chất mong muốn cần có của một chất hóa dẻo là cấp thiết Các loại dầu thực vật sau khi epoxy hóa được ứng dụng làm phụ gia hóa dẻo cho PVC Các phụ gia hóa dẻo này có nguồn gốc từ thực vật, ưu điểm thân thiện với môi trường, sản... vòng epoxy Vì lý do này, performic acid tạo sẵn thích hợp với phản ứng hydroxyl hóa hơn và không được sử dụng trong thương mại để điều chế epoxy ỨNG DỤNG CỦA EPOXY HÓA Một lợi thế quan trọng của các sản phẩm epoxy hóa là chúng là những vật liệu được sản xuất sử dụng nguyên liệu tự nhiên và tái tạo Dầu đậu nành epoxy hóa được sử dụng hiện nay là hoàn toàn nhập khẩu có giá thành tương đương với dầu DOP,... Đặc biệt, những dẫn xuất axit béo bị epoxy hóa từ nguồn gốc thực vật có thể được sử dụng trong nhiều lĩnh vực: chất ổn định, chất dẻo hóa trong ngành polymer, phụ gia cho dầu bôi trơn, chất kết dính, thuốc trừ sâu và côn trùng… III CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 2.1 Mục tiêu đề tài 21 TỔNG QUAN LUẬN VĂN GVHD: TS HOÀNG THỊ KIM DUNG Mục tiêu của đề tài là tổng hợp epoxy hóa dầu đậu nành để ứng dụng trong ngành... thịt heo, gà, dầu mỡ từ heo, gà chảy ra thêm, cho nên thường không có vấn đề cho thêm dầu mỡ Hậu quả 16 TỔNG QUAN LUẬN VĂN GVHD: TS HOÀNG THỊ KIM DUNG là dầuu mỡ trong chảo chịu sự oxit hóa lâu, nhất là trong các tiệm ăn mà chảo dầu mỡ được dùng lâu Cần phải cẩn thận, trông chừng có sự ôi hay không để thay thế chất béo mới Công nghệ tinh luyện dầu thực vật Dầu mỡ thô khai thác từ động thực vật ngoài thành... trí cũ không liên hợp đến vị trí mới liên hợp Phản ứng này tăng tính khô của dầu Sự đồng phân hóa còn có thể được thực hiện với chất xúc tác thích hợp e Phản ứng cộng Hidro Phản ứng này có tác dụng cộng hidro vào nối kép trên dây dầu với sự có mặt của chất xúc tác thích hợp Tác dụng làm giảm đi nối kép trên dây, do đó giảm khả năng oxit hóa trùng hợp của dầu, khiến cho sự bảo quản dầu trở nên ổn định... dùng để chỉ triglycerit lỏng ở nhiệt độ thường (dầu phộng, dầu đậu nành, dầu mè…) và mỡ dùng để chỉ glycerit rắn ở nhiệt độ thường (mỡ bò, mỡ heo, mỡ cừu…) Thể lỏng là do dây axit béo ngắn hoặc dây axit béo dài nhưng mang nhiều nối kép (dầu lanh, dầu cao su, dầu đậu nành…) Dầu mỡ thô còn chứa 1 ít chất không thuộc loại triglycerit Một số dầu như dầu cao su, dầu cám bị men lipazo thủy phân, chứa axit béo... các tác nhân khác nhau • 30/9/2012 – 15/10/2012: Tổng hợp các kết quả thu được • 15/10/2012 – 15/11/2012: Tổng hợp epoxy hóa dầu đậu nành theo điều kiện tốt nhất và tiến hành đo các thông số kỹ thuật • 15/11/2012 – 15/12/2012: Tổng kết, viết báo cáo 26 TỔNG QUAN LUẬN VĂN GVHD: TS HOÀNG THỊ KIM DUNG TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Giáo sư tiến sĩ Chu Phạm Ngọc Sơn, Dầu mỡ trong sản xuất và đời sống, NXB Thành Phố... miền bắc), vòng xixlopenten Bản chất của các axit béo quyết định 1 phần lớn đặc trưng hóa lý của dầu mỡ Trong dầu thực vật, axit chứa 18 C chiếm tỷ lệ khá nhiều trừ vài trường hợp đặc biệt như dầu dừa, dầu cọ dầu có tỷ lệ axit 12 C chiếm lớn nhất Các dây của axit có thể no hay chứa 1,2,3 hoặc 4 nối kép 11 TỔNG QUAN LUẬN VĂN GVHD: TS HOÀNG THỊ KIM DUNG Về mặt lý tính, dây axit béo càng dài và càng no... acid) HCO2OH… có khả năng tham gia phản ứng oxy hóa với các alken Khi thực hiện phản 17 TỔNG QUAN LUẬN VĂN GVHD: TS HOÀNG THỊ KIM DUNG ứng oxy hóa với các peracid trong các dung môi không có proton như clorofom hay ete, sẽ tạo thành hợp chất vòng ba cạnh chứa nguyên tử oxygen gọi là epoxy Quá trình này gọi là quá trình epoxy hóa Cần lưu ý là sản phẩm epoxy của phản ứng này chỉ bền khi trong dung dịch... Hydrogenperoxide kiềm Hệ Hydrogenperoxide kiềm được dùng để epoxy hóa các hợp chất α,β carbonyl chưa no và nitrile mà khi sử dụng các peracid sẽ epoxy hóa không an toàn Hệ hydrogenperoxide kiềm dùng để epoxy hóa đòi hỏi sử dụng dung môi alcohol Dung dịch kiềm trung bình sử dụng sau đó để loại trừ dung môi phản ứng và chiết ra, trong nhiều trường hợp làm tăng hiệu suất epoxy Tuy nhiên dung dịch hydrogenperoxide kiềm . chất hóa dẻo và có khả năng thay thế cho DOP. Định hướng nghiên cứu chuyển hóa biến tính dầu thực vật thông qua quá trình epoxy hóa với nguồn nguyên liệu là dầu đậu nành. Dầu đậu nành epoxy hóa. thiết. “Biến tinh dầu thực vật thông qua quá trình epoxy hóa để làm chất hóa dẻo thân thiện với môi trường” Công ty nhựa Rạng Đông Mục tiêu của đề tài là tổng hợp epoxy hóa dầu đậu nành để ứng. NGHIỆP KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC 1. Đầu đề luận án: Tổng hợp epoxy hóa một số dầu thực vật. 2. Nhiệm vụ (yêu cầu về nội dung và số liệu ban đầu): Giới thiệu tổng quan, lý thuyết cho đề tài Thực nghiệm