Điều chế metyl este từ dầu ăn đã qua sử dụng bằng phương pháp nhiệt – xúc tác axit

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA SƢ PHẠM ĐỀ TÀI: ĐIỀU CHẾ METYL ESTE TỪ DẦU ĂN ĐÃ QUA SỬ DỤNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP NHIỆT – XÚC TÁC AXIT Luận văn Tốt nghiệp Ngành: Sƣ phạm Tên ngành: Hóa học GV hướng dẫn: Sinh viên: Lê Thị Hương Lan Thầy Nguyễn Mộng Hồng Lớp: Sư phạm Hóa K33 Mã số SV: 2071990 ần Thơ 2011 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Mộng Hồng LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực đề tài, tơi học hỏi đƣợc nhiều điều bổ ích tích lũy đƣợc nhiều kiến thức q báu lĩnh vực mà tơi nghiên cứu Do đó, trang luận văn tơi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến: Thầy Nguyễn Mộng Hồng, trực tiếp hƣớng dẫn, tận tình bảo tạo điều kiện thuận lợi giúp tơi hồn thành tốt luận văn Tất q thầy Bộ mơn Hóa Học – Khoa Sƣ Phạm, Trƣờng Đại Học Cần Thơ giúp đỡ đóng góp ý kiến q báu cho đề tài tơi đƣợc hồn thiện Gia đình, thầy cơ, bạn bè ln động viên, hỗ trợ, giúp đỡ tơi suốt q trình thực đề tài Một lần tơi xin chân thành cảm ơn! SVTH: Lê Thị Hương Lan Trang i Luận văn tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Mộng Hồng NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN SVTH: Lê Thị Hương Lan Trang ii Luận văn tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Mộng Hồng NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN SVTH: Lê Thị Hương Lan Trang iii Luận văn tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Mộng Hồng MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN ii NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN iii MỤC LỤC iv DANH SÁCH BẢNG viii DANH SÁCH HÌNH viii TĨM TẮT NỘI DUNG ĐỀ TÀI ix PHẦN MỞ ĐẦU 1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI CÁC GIẢ THUYẾT CỦA ĐỀ TÀI CÁC PHƢƠNG PHÁP VÀ PHƢƠNG TIỆN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI a PHƢƠNG PHÁP b PHƢƠNG TIỆN CÁC BƢỚC THỰC HIỆN ĐỀ TÀI PHẦN NỘI DUNG 1.1 GIỚI THIỆU DIESEL 1.2 GIỚI THIỆU BIODIESEL 1.2.1 Khái qt biodiesel 1.2.2 Ƣu nhƣợc điểm biodiesel 1.2.2.1 Ƣu điểm biodiesel 1.2.2.2 Nhƣợc điểm biodiesel 1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SẢN XUẤT BIODIESEL TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƢỚC 1.3.1 Tình hình nghiên cứu sản xuất biodiesel giới 1.3.2 Tình hình sử dụng dầu biodiesel giới 1.4 CÁC NGUỒN NGUN LIỆU SẢN XUẤT BIODIESEL Ở CÁC NƢỚC TRÊN THẾ GIỚI 11 1.5 CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ BIODIESEL 14 1.5.1 Phƣơng pháp sấy nóng 14 1.5.2 Phƣơng pháp pha lỗng 14 1.5.3 Phƣơng pháp nhũ tƣơng hóa 14 SVTH: Lê Thị Hương Lan Trang iv Luận văn tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Mộng Hồng 1.5.4 Phƣơng pháp crackinh 15 1.5.5 Phƣơng pháp chuyển hóa este 15 1.6 DẦU THỰC VẬT 166 1.6.1 Khái niệm dầu thực vật 16 1.6.2 Thành phần hóa học dầu thực vật 16 1.6.3 Tính chất lý hóa dầu thực vật 18 1.7 SƠ LƢỢC VỀ NGUN LIỆU DẦU ĂN ĐÃ QUA SỬ DỤNG 19 1.8 METYL ESTE 20 1.8.1 Định nghĩa 20 1.8.2 Phản ứng transeste hóa lipit 20 1.8.2.1 Định nghĩa 20 1.8.2.2 Các phƣơng pháp thực phản ứng transeste hóa lipit 20 1.8.2.3 Xúc tác sử dụng phản ứng transeste hóa 21 PHẦN THỰC NGHIỆM 25 2.1 PHƢƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU 25 2.1.1 Dụng cụ thiết bị 25 2.1.2 Hóa chất 25 2.2 KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN Q TRÌNH ĐIỀU CHẾ METYL ESTE 26 2.2.1 Quy trình điều chế metyl este từ dầu ăn qua sử dụng 26 2.2.2 Đánh giá chất lƣợng sản phẩm phƣơng pháp sắc ký mỏng 30 2.2.3 Tính hiệu suất điều chế metyl este .30 2.2.3 Khảo sát yếu tố ảnh hƣởng đến q trình transeste hố dầu ăn xúc tác axit 32 2.2.3.1 Ảnh hƣởng tỷ lệ mol metanol/dầu thải đến hiệu suất điều chế metyl este 32 2.2.3.2 Ảnh hƣởng lƣợng xúc tác H2SO4 đến hiệu suất điều chế metyl este 32 2.2.3.3 Ảnh hƣởng nhiệt độ phản ứng đến hiệu suất điều chế metyl este 33 2.2.3.4 Ảnh hƣởng thời gian phản ứng đến hiệu suất điều chế metyl este 34 SVTH: Lê Thị Hương Lan Trang v Luận văn tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Mộng Hồng KẾT QUẢ - THẢO LUẬN 35 3.1 Ảnh hƣởng tỷ lệ mol metanol/dầu thải đến hiệu suất điều chế metyl este 35 3.2 Ảnh hƣởng lƣợng xúc tác H2SO4 đến hiệu suất điều chế metyl este 36 3.3 Ảnh hƣởng nhiệt độ đến hiệu suất điều chế metyl este 38 3.4 Ảnh hƣởng thời gian phản ứng đến hiệu suất điều chế metyl este 40 3.5 Điều kiện tốt quy trình điều chế metyl este từ dầu ăn qua sử dụng dùng xúc tác axit 42 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 43 4.1 KẾT LUẬN 43 4.2 KIẾN NGHỊ 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO 44 PHỤ LỤC 45 SVTH: Lê Thị Hương Lan Trang vi Luận văn tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Mộng Hồng DANH SÁCH BẢNG Bảng 1.1 Các thơng số kỹ thuật dầu diesel Bảng 1.2 Năng suất số loại có dầu 11 Bảng 1.3 Thành phần axit béo loại dầu 17 Bảng 1.4 Đặc tính dầu thực vật 17 Bảng 1.5 Tính chất dầu thực vật 18 Bảng 1.6 Thành phần axit béo dầu ăn qua sử dụng 19 Bảng 2.1 Thành phần phần trăm axit béo ngun liệu dầu ăn qua sử dụng 31 Bảng 3.1 Ảnh hƣởng tỷ lệ mol metanol/dầu đến hiệu suất điều chế metyl este 35 Bảng 3.2 Ảnh hƣởng lƣợng xúc tác H2SO4 đến hiệu suất điều chế metyl este 37 Bảng 3.3 Ảnh hƣởng nhiệt độ đến hiệu suất điều chế metyl este 39 Bảng 3.4 Ảnh hƣởng thời gian phản ứng đến hiệu suất điều chế metyl este 40 SVTH: Lê Thị Hương Lan Trang vii Luận văn tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Mộng Hồng DANH SÁCH HÌNH Hình 1.2 Cơ chế phản ứng transeste hóa xúc tác axit 22 Hình 1.3 Cơ chế phản ứng transeste hóa xúc tác bazơ 23 Hình 3.1 Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng tỷ lệ mol metanol/dầu thải đến hiệu suất điều chế metyl este 35 Hình 3.2 Sắc ký mỏng thu đƣợc sau phản ứng thực với lƣợng metanol khác nhau, tƣơng ứng 38, 42, 46, 50, 54 36 Hình 3.3 Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng tỷ lệ % (w/w) xúc tác H2SO4 dầu thải đến hiệu suất điều chế metyl este 37 Hình 3.4 Sắc ký mỏng thu đƣợc sau phản ứng thực với tỷ lệ xúc tác khác nhau, tƣơng ứng 1, 2, 3, 4, 38 Hình 3.5 Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng nhiệt độ phản ứng đến hiệu suất điều chế metyl este 39 Hình 3.6 Sắc ký mỏng thu đƣợc sau phản ứng thực nhiệt độ khác nhau, tƣơng ứng 55oC, 65oC, 75oC, 85oC, 95oC 39 Hình 3.7 Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng thời gian phản ứng đến hiệu suất điều chế metyl este 41 Hình 3.8 Sắc ký mỏng thu đƣợc sau phản ứng thực khoảng thời gian khác nhau, tƣơng ứng giờ, giờ, 10 giờ, 11 giờ, 12 41 SVTH: Lê Thị Hương Lan Trang viii Luận văn tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Mộng Hồng TĨM TẮT NỘI DUNG ĐỀ TÀI Dầu ăn qua sử dụng nguồn nhiên liệu tiềm mà trƣớc ngƣời khơng biết cách sử dụng Mặt khác, lƣợng dầu ăn qua sử dụng nhà máy, hộ gia đình… lại khơng phải nhỏ Nếu ngƣời khơng biết cách xử lý lƣợng dầu ăn cách ảnh hƣởng tới mơi trƣờng Đề tài “Điều chế metyl este từ dầu ăn qua sử dụng phƣơng pháp nhiệt – xúc tác axit” nhằm nghiên cứu tận dụng nguồn dầu ăn qua chế biến để điều chế metyl este Đề tài đƣợc tiến hành quy mơ phòng thí nghiệm nhằm tìm điều kiện tốt q trình điều chế metyl este – loại nhiên liệu đƣợc nghiên cứu sử dụng nhiều giới Metyl este có tính chất tƣơng đƣơng với nhiên liệu dầu diesel, nhƣng khơng phải đƣợc sản xuất từ dầu mỏ mà từ dầu thực vật hay mỡ động vật Q trình điều chế metyl este đƣợc khảo sát yếu tố:  Ảnh hƣởng tỷ lệ mol metanol/dầu thải  Ảnh hƣởng lƣợng xúc tác H2SO4  Ảnh hƣởng nhiệt độ phản ứng  Ảnh hƣởng thời gian phản ứng SVTH: Lê Thị Hương Lan Trang ix Luận văn tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Mộng Hồng Dựa vào bảng 1.6 ta tính đƣợc thành phần phần trăm axit béo dầu thải nhƣ sau: Bảng 2.1 Thành phần phần trăm axit béo ngun liệu dầu ăn qua sử dụng Thành phần axit béo Tetradecanoic acid, C14H28O2 (C14:0) Cis - - Hexadecenoic acid, C16H30O2 (C16:1 - Cis) Hexadecanoic acid, C16H32O2 (C16:0) Cis-9,12-Octadecadienoic acid, C18H32O2 (C18:2-Cis) Cis-9-Octadecenoic acid, C18H34O2 (C18:1-Cis) Trans-9,12-Octadecadienoic acid, C18H32O2 (C18:2-Trans) Trans-9-Octadecenoic acid, C18H34O2 (C18:1-Trans) Octadecanoic acid, C18H36O2 Thành phần phần trăm Đơn vị Kết mg/Kg 4520 0,4520% mg/Kg 18687 1,8687% mg/Kg 102943 10,2943% mg/Kg 538088 53,8088% mg/Kg 205838 20,5838% mg/Kg 7502 0,7502% mg/Kg 6607 0,6607% mg/Kg 15866 1,5866% (%) Suy ra: Maxit béo  277 Mdầu  3Maxit béo   41   277   41  869 MMetyleste  Mdầu   MCH OH  MC H O  869   32  92  873 3 Dầu ăn qua sử dụng   metyl este 869g 873g   50g 50,23g Suy ra: mLT = 50,23 gam Vậy H  m TT  100 (%) 50,23 SVTH: Lê Thị Hương Lan Trang 31 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Mộng Hồng Tính tốn lƣợng metanol lƣợng axit H2SO4 cần dùng thí nghiệm Thí nghiệm: mdầu = 50 gam Mdầu  869 Mmetanol = 32,04 Khối lƣợng metanol cần dùng cho thí nghiệm: m metanol  n metanol  32, 04  tỷ lệ 50  32, 04 869 Khối lƣợng xúc tác H2SO4 cần dùng cho thí nghiệm: m H SO  tỷ lệ% 50 2.2.4 Khảo sát yếu tố ảnh hƣởng đến q trình transeste hố dầu ăn xúc tác axit 2.2.4.1 Ảnh hưởng tỷ lệ mol metanol/dầu thải đến hiệu suất điều chế metyl este Tiến hành thí nghiệm với mẫu dầu thải 50 gam cố định yếu tố nhƣ: tốc độ khuấy, tỷ lệ % (w/w) xúc tác H2SO4 dầu thải, nhiệt độ, thời gian phản ứng Yếu tố cố định Giá trị Dầu ăn qua sử dụng 50 gam Tốc độ khuấy 400 – 500 vòng/phút Tỷ lệ % (w/w) xúc tác H2SO4 dầu thải 4% Nhiệt độ 65oC Thời gian phản ứng 10 Dựa vào số yếu tố cố định trên, tiến hành khảo sát phản ứng sở thay đổi tỷ lệ mol metanol/dầu thải giá trị khác lần lƣợt là: 38; 42; 46; 50; 54 Sau lần thí nghiệm, ghi nhận khối lƣợng metyl este thu đƣợc Tỷ lệ mol metanol/dầu thải cho lƣợng metyl este nhiều sản phẩm tỷ lệ tốt 2.2.4.2 Ảnh hưởng lượng xúc tác H2SO4 đến hiệu suất điều chế metyl este Tiến hành thí nghiệm với mẫu dầu thải 50 gam cố định yếu tố nhƣ: tốc độ khuấy, tỷ lệ mol metanol/dầu thải, nhiệt độ, thời gian phản ứng SVTH: Lê Thị Hương Lan Trang 32 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Mộng Hồng Yếu tố cố định Giá trị Dầu ăn qua sử dụng 50 gam Tốc độ khuấy 400 – 500 vòng/phút Tỷ lệ mol metanol/dầu thải 42 Nhiệt độ 65oC Thời gian phản ứng 10 Dựa vào số yếu tố cố định trên, tiến hành khảo sát phản ứng sở thay đổi tỷ lệ % (w/w) xúc tác H2SO4 dầu thải giá trị khác nhau, lần lƣợt là: 1; 2; 3; 4; Sau lần thí nghiệm, ghi nhận khối lƣợng metyl este thu đƣợc Tỷ lệ % (w/w) xúc tác H2SO4 dầu thải cho lƣợng metyl este nhiều tỷ lệ xúc tác H2SO4 tốt 2.2.4.3 Ảnh hưởng nhiệt độ phản ứng đến hiệu suất điều chế metyl este Tiến hành thí nghiệm với mẫu dầu thải 50 gam cố định yếu tố nhƣ: tốc độ khuấy, tỷ lệ mol metanol/dầu thải, tỷ lệ % (w/w) xúc tác H2SO4 dầu thải, thời gian phản ứng Yếu tố cố định Giá trị Dầu ăn qua sử dụng 50 gam Tốc độ khuấy 400 – 500 vòng/phút Tỷ lệ mol metanol/dầu thải 42 Tỷ lệ % (w/w) xúc tác H2SO4 dầu thải 4% Thời gian phản ứng 10 Dựa vào số yếu tố cố định trên, tiến hành khảo sát phản ứng sở thay đổi nhiệt độ phản ứng giá trị khác lần lƣợt là: 55oC, 65oC, 75oC, 85oC, 95oC Sau lần thí nghiệm, ghi nhận khối lƣợng metyl este thu đƣợc Nhiệt độ phản ứng cho lƣợng metyl este nhiều nhiệt độ tốt phản ứng SVTH: Lê Thị Hương Lan Trang 33 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Mộng Hồng 2.2.4.4 Ảnh hưởng thời gian phản ứng đến hiệu suất điều chế metyl este Tiến hành thí nghiệm với mẫu dầu thải 50 gam cố định yếu tố nhƣ: tốc độ khuấy, tỷ lệ mol metanol/dầu thải, tỷ lệ % (w/w) xúc tác H2SO4 dầu thải, nhiệt độ phản ứng Yếu tố cố định Giá trị Dầu ăn qua sử dụng 50 gam Tốc độ khuấy 400 – 500 vòng/phút Tỷ lệ mol metanol/dầu 42 Tỷ lệ % (w/w) xúc tác H2SO4 dầu thải 4% Nhiệt độ 75oC Dựa vào số yếu tố cố định trên, tiến hành khảo sát phản ứng sở thay đổi thời gian phản ứng giá trị khác lần lƣợt là: giờ; giờ; 10 giờ; 11 giờ; 12 Sau lần thí nghiệm, ghi nhận khối lƣợng metyl este thu đƣợc Thời gian cho metyl este nhiều sản phẩm thời gian tốt SVTH: Lê Thị Hương Lan Trang 34 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Mộng Hồng KẾT QUẢ - THẢO LUẬN 3.1 Ảnh hƣởng tỷ lệ mol metanol/dầu thải đến hiệu suất điều chế metyl este Khảo sát với khối lƣợng mẫu dầu thải 50 gam Tiến hành thí nghiệm với yếu tố sau: tốc độ khuấy 400 – 500 vòng/phút, tỷ lệ % (w/w) xúc tác H2SO4 dầu thải 4, nhiệt độ phản ứng 65oC, thời gian phản ứng 10 thay đổi tỷ lệ mol metanol/dầu thải lần lƣợt 38, 42, 46, 50, 54 Mỗi thí nghiệm lặp lại lần lấy kết trung bình Kết đƣợc thể bảng số liệu minh họa đồ thị sắc ký mỏng dƣới đây: Bảng 3.1 Ảnh hƣởng tỷ lệ mol metanol/dầu đến hiệu suất điều chế metyl este Tỷ lệ mol metanol/dầu 38 42 46 50 54 Khối lƣợng sản phẩm lần 36,04g 38,00g 37,18g 36,13g 35,29g Khối lƣợng sản phẩm lần 36,75g 38,81g 36,85g 35,96g 35,74g Khối lƣợng sản phẩm trung bình 36,40g 38,41g 37,02g 36,05g 35,52g Khối lƣợng sản phẩm (theo lý thuyết) 50,23g Hiệu suất phản ứng (%) 72,46% 76,46% 73,69% 71,76% 70,70% Hiệu suất điều chế Metyl este (%) 77 76 75 74 73 72 71 70 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 tỷ lệ mol metanol/dầu Hình 3.1 Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng tỷ lệ mol metanol/dầu thải đến hiệu suất điều chế metyl este SVTH: Lê Thị Hương Lan Trang 35 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Mộng Hồng Hình 3.2 Sắc ký mỏng thu đƣợc sau phản ứng thực với lƣợng metanol khác nhau, tƣơng ứng 38, 42, 46, 50, 54 Qua bảng 3.1, hình 3.1 3.2 ta nhận thấy: với tỷ lệ mol metanol/dầu 38 hiệu suất phản ứng khơng cao Khi tăng tỷ lệ mol metanol/dầu 42 phản ứng chuyển hóa tốt, hiệu suất điều chế metyl este cao sản phẩm Khi tiếp tục tăng tỷ lệ mol metanol/dầu lên 46, 50, 54 khối lƣợng metyl este thu đƣợc bắt đầu giảm xuống Vì phản ứng thuận nghịch nên tăng hàm lƣợng hai tác chất hiệu suất phản ứng tăng theo, nhƣng phản ứng lúc đạt tới trạng thái cân nên dù có tăng lƣợng metanol lên hiệu suất khơng tăng thêm đƣợc Khi ta tiếp tục tăng lƣợng metanol lên hiệu suất có chiều hƣớng giảm metanol tan tốt glixerol metyl este, làm chậm q trình tách lớp sản phẩm gây khó khăn cho việc thu hồi sản phẩm, làm giảm hiệu suất phản ứng Do đó, việc sử dụng metanol cần liều lƣợng, tránh hao tốn metanol khơng cần thiết 3.2 Ảnh hƣởng lƣợng xúc tác H2SO4 đến hiệu suất điều chế metyl este Khảo sát với khối lƣợng mẫu dầu thải 50 gam Tiến hành thí nghiệm với yếu tố sau: tốc độ khuấy 400 – 500 vòng/phút, tỷ lệ mol metanol/dầu thải 42, nhiệt độ phản ứng 65oC, thời gian phản ứng 10 thay đổi tỷ lệ % (w/w) xúc tác H2SO4 dầu thải lần lƣợt 1, 2, 3, 4, Mỗi thí nghiệm lặp lại lần lấy kết trung bình Kết đƣợc thể bảng số liệu minh họa đồ thị sắc ký mỏng dƣới đây: SVTH: Lê Thị Hương Lan Trang 36 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Mộng Hồng Bảng 3.2 Ảnh hƣởng lƣợng xúc tác H2SO4 đến hiệu suất điều chế metyl este Tỷ lệ % (w/w) xúc tác H2SO4 1% 2% 3% 4% 5% Khối lƣợng sản phẩm lần 35,04g 34,92g 36,18g 38,28g 37,59g Khối lƣợng sản phẩm lần 34,46g 34,03g 36,49g 38,81g 37,07g Khối lƣợng sản phẩm trung bình 34,75g 34,48g 36,34g 38,55g 37,33g dầu thải 50,23g Hiệu suất phản ứng (%) 69,18% 68,63% 72,34% 76,74% 74,32% Hiệu suất điều chế Metyl este (%) Khối lƣợng sản phẩm (theo lý thuyết) 80 75 70 65 Tỷ lệ % (w/w) xúc tác dầu Hình 3.3 Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng tỷ lệ % (w/w) xúc tác H2SO4 dầu thải đến hiệu suất điều chế metyl este SVTH: Lê Thị Hương Lan Trang 37 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Mộng Hồng Hình 3.4 Sắc ký mỏng thu đƣợc sau phản ứng thực với tỷ lệ xúc tác khác nhau, tƣơng ứng 1, 2, 3, 4, Qua bảng 3.2, hình 3.3 3.4 ta nhận thấy: với tỷ lệ % (w/w) xúc tác/dầu phản ứng xảy khơng tốt, hiệu suất phản ứng thấp, sản phẩm lẫn nhiều dầu Khi tăng tỷ lệ xúc tác lên 3, phản ứng xảy chiều hƣớng tốt xúc tác có vai trò làm tăng tốc độ phản ứng làm cho phản ứng xảy dễ dàng hơn, hiệu suất phản ứng tăng Nếu lƣợng xúc tác khơng đủ xúc tiến phản ứng Khi tăng tỷ lệ xúc tác lên hiệu suất phản ứng giảm xúc tác axit q nhiều làm cháy dầu Vì thế, phản ứng việc sử dụng xúc tác tỷ lệ với tác chất điều quan trọng để phản ứng đạt hiệu suất cao Ứng với lƣợng tỷ lệ % (w/w) H2SO4/dầu thải hiệu suất điều chế metyl este cao 3.3 Ảnh hƣởng nhiệt độ đến hiệu suất điều chế metyl este Khảo sát với khối lƣợng mẫu dầu thải 50 gam Tiến hành thí nghiệm với yếu tố sau: tốc độ khuấy 400 – 500 vòng/phút, tỷ lệ mol metanol/dầu thải 42, tỷ lệ % (w/w) xúc tác H2SO4 dầu thải 4, thời gian phản ứng 10 thay đổi nhiệt độ phản ứng lần lƣợt 55 oC, 65oC, 75oC, 85oC, 95oC Mỗi thí nghiệm lặp lại lần lấy kết trung bình Kết đƣợc thể bảng số liệu minh họa đồ thị sắc ký mỏng dƣới đây: SVTH: Lê Thị Hương Lan Trang 38 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Mộng Hồng Bảng 3.3 Ảnh hƣởng nhiệt độ đến hiệu suất điều chế metyl este Nhiệt độ 55oC 65oC 75oC 85oC 95oC Khối lƣợng sản phẩm lần 39,07g 38,28g 40,18g 38,14g 38,93g Khối lƣợng sản phẩm lần 38,51g 38,81g 40,72g 38,65g 38,43g Khối lƣợng sản phẩm trung bình 38,66g 38,55g 40,45g 38,40g 38,68g 50,23g Hiệu suất phản ứng (%) 76,97% 76,74% 80,53% 76,44% 77,01% Hiệu suất điều chế Metyl este (%) Khối lƣợng sản phẩm (theo lý thuyết) 81 80 79 78 77 76 55 65 75 85 95 Nhiệt độ phản ứng (oC) Hình 3.5 Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng nhiệt độ phản ứng đến hiệu suất điều chế metyl este Hình 3.6 Sắc ký mỏng thu đƣợc sau phản ứng thực nhiệt độ khác nhau, tƣơng ứng 55oC, 65oC, 75oC, 85oC, 95oC SVTH: Lê Thị Hương Lan Trang 39 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Mộng Hồng Khi nhiệt độ phản ứng 55oC hiệu suất điều chế metyl este thấp, phản ứng chƣa chuyển hóa hồn tồn sản phẩm lẫn nhiều dầu Tăng nhiệt độ phản ứng lên 65 oC, 75oC phản ứng xảy tốt sản phẩm nhiệt độ có tác dụng làm tăng tốc độ phản ứng, khả hòa tan dầu vào metanol tốt làm cho phản ứng chuyển hóa nhanh Khi ta tăng nhiệt độ lên 85oC, 95oC hiệu suất phản ứng giảm lƣợng metanol bay q nhiều, khơng đủ cho q trình phản ứng chuyển hóa sản phẩm Tóm lại, nhiệt độ có tác dụng xúc tiến cho phản ứng tốt nhƣng nhiệt độ q cao, cao nhiều so với nhiệt độ sơi metanol hiệu suất phản ứng giảm Từ bảng 3.3, hình 3.5 3.6 ta nhận thấy khối lƣợng sản phẩm thu đƣợc 75oC cao Nhiệt độ 75oC nhiệt độ thích hợp cho phản ứng xúc tiến phản ứng xảy nhanh, nhiệt độ khơng q cao khơng q thấp 3.4 Ảnh hƣởng thời gian phản ứng đến hiệu suất điều chế metyl este Khảo sát với khối lƣợng mẫu dầu thải 50 gam Tiến hành thí nghiệm với yếu tố sau: tốc độ khuấy 400 – 500 vòng/phút, tỷ lệ mol metanol/dầu thải 42, tỷ lệ % (w/w) xúc tác H2SO4 dầu thải 4, nhiệt độ phản ứng 75oC thay đổi thời gian phản ứng lần lƣợt giờ, giờ, 10 giờ, 11 giờ, 12 Mỗi thí nghiệm lặp lại lần lấy kết trung bình Kết đƣợc thể bảng số liệu minh họa đồ thị sắc ký mỏng dƣới đây: Bảng 3.4 Ảnh hƣởng thời gian phản ứng đến hiệu suất điều chế metyl este Thời gian phản ứng giờ 10 11 12 Khối lƣợng sản phẩm lần 36,84g 38,87g 40,03g 38,56g 37,19g Khối lƣợng sản phẩm lần 37,30g 39,72g 40,72g 37,92g 36,43g Khối lƣợng sản phẩm trung bình 37,07g 39,30g 40,38g 38,24g 36,81g Khối lƣợng sản phẩm (theo lý thuyết) 50,23g Hiệu suất phản ứng (%) 73,80% 78,23% 80,38% 76,13% 73,28% SVTH: Lê Thị Hương Lan Trang 40 Hiệu suất điều chế Metyl este (%) Luận văn tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Mộng Hồng 85 80 75 70 10 11 12 Thời gian phản ứng (giờ) Hình 3.7 Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng thời gian phản ứng đến hiệu suất điều chế metyl este Hình 3.8 Sắc ký mỏng thu đƣợc sau phản ứng thực khoảng thời gian khác nhau, tƣơng ứng giờ, giờ, 10 giờ, 11 giờ, 12 Qua bảng 3.4, hình 3.7 3.8 ta nhận thấy thời gian phản ứng phản ứng chƣa đủ thời gian để chuyển hóa hồn tồn thành sản phẩm, hiệu suất điều chế metyl thấp lẫn nhiều dầu Khi tăng thời gian phản ứng lên giờ, 10 khối lƣợng metyl este thu đƣợc tăng lên, phản ứng gần nhƣ chuyển hóa hòa tồn Khi thời gian phản ứng q lâu 11 giờ, 12 hiệu suất có chiều hƣớng giảm Vì tăng thời gian phản ứng tức tăng thêm thời gian khuấy trộn, hay nói cách khác làm tăng thời SVTH: Lê Thị Hương Lan Trang 41 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Mộng Hồng gian tiếp xúc tác chất phản ứng, điều giúp phản ứng thuận nghịch đạt hiệu Nhƣng thời gian kéo dài tạo điều kiện cho metyl este bị thủy phân, giảm hiệu suất phản ứng Tóm lại, phản ứng transeste hóa điều chế metyl este xúc tác axit đòi hỏi nhiều thời gian thời gian tốt cho phản ứng 10 3.5 Điều kiện tốt quy trình điều chế metyl este từ dầu ăn qua sử dụng dùng xúc tác axit Tổng hợp tất yếu tố khảo sát ta có đƣợc điều kiện tốt quy trình điều chế metyl este từ dầu ăn qua sử dụng, dùng xúc tác axit với mẫu dầu thải 50 gam, tốc độ khuấy 400 – 500 vòng/phút nhƣ sau:  Tỷ lệ mol metanol/dầu ăn qua sử dụng: 42  Tỷ lệ % (w/w) xúc tác H2SO4/dầu ăn qua sử dụng: 4%  Nhiệt độ phản ứng: 75oC  Thời gian phản ứng: 10 Thực phản ứng với điều kiện tốt cho mẫu lớn 100g dầu ăn qua sử dụng, thu đƣợc kết nhƣ sau: Mẫu dầu thải 100 gam Tốc độ khuấy 400 - 500 vòng/phút Tỷ lệ mol metanol/dầu thải 42 Tỷ lệ % (w/w) xúc tác H2SO4/dầu thải Nhiệt độ phản ứng 75oC Thời gian phản ứng 10 Khối lƣợng sản phẩm lần 80,54 gam Khối lƣợng sản phẩm lần 79,95 gam Khối lƣợng sản phẩm trung bình 80,25 gam Khối lƣợng sản phẩm tính theo lý thuyết 100,46 gam Hiệu suất phản ứng 79,88 % SVTH: Lê Thị Hương Lan Trang 42 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Mộng Hồng KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 4.1 KẾT LUẬN Qua đề tài tơi khảo sát đƣợc số yếu tố ảnh hƣởng tới phản ứng điều chế metyl este dùng xúc tác axit, tìm đƣợc điều kiện tốt cho phản ứng quy mơ phòng thí nghiệm Từ kết nghiên cứu tơi nhận thấy việc điều chế metyl este từ dầu ăn qua sử dụng dùng xúc tác axit nhiều điều hạn chế: thời gian phản ứng q lâu, sản phẩm khơng đạt đƣợc độ tinh khiết, lƣợng metanol dùng dƣ nhiều chƣa thu hồi đƣợc metanol dƣ… Chính vậy, đề tài cần tiếp tục nghiên cứu nhằm hồn chỉnh quy trình điều chế metyl este cải thiện hạn chế nêu 4.2 KIẾN NGHỊ Do khả năng, thời gian điều kiện phòng thí nghiệm có hạn nên nội dung đề tài số hạn chế Những vấn đề hạn chế mục tiêu nghiên cứu Hƣớng kiến nghị cho nghiên cứu tới là:  Khảo sát nhiệt độ cao hơn, tìm hiểu để điều chế đƣợc metyl este với độ tinh khiết cao  Xác định số tiêu chất lƣợng quan trọng nhƣ số cetan, hàm lƣợng glixerol tổng, hàm lƣợng mono-, di- triglixerit,… nhƣ thử nghiệm động diesel để kết luận khả ứng dụng làm nhiên liệu sản phẩm metyl este điều chế từ dầu ăn qua sử dụng  Thu hồi lƣợng metanol dƣ sau phản ứng  Nghiên cứu phƣơng pháp hiệu để tinh chế sử dụng lƣợng glixerol, sản phẩm có giá trị, từ làm tăng giá trị quy trình điều chế metyl este SVTH: Lê Thị Hương Lan Trang 43 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Mộng Hồng TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] ThS Phùng Minh Lộc - KS Hồ Đức Tuấn (2008), “Nghiên cứu sử dụng dầu thực vật Việt Nam làm nhiên liệu cho diesel cỡ nhỏ”, Tạp chí khoa học Cơng nghệ thủy sản, số 01/2008 [2] PGS.TS.Đinh Thị Ngọ - TS Nguyễn Khánh Diệu Hồng, Các q trình xử lý để sản xuất nhiên liệu sạch, nhà xuất Khoa học Kỹ thuật [3] Trần Kiều Oanh (2008), Nghiên cứu quy trình tổng hợp dầu diesel sinh học (biodiesel) dầu nhờn sinh học (biolubricant) từ mỡ cá ba sa, Trƣờng đại học Cần Thơ [4] Phạm Hồng Ánh Phƣơng (2009), Nghiên cứu tổng hợp dầu diesel sinh học (biodiesel) từ dầu dừa, Khoa Cơng Nghệ - Trƣờng đại học Cần Thơ [5] GS.TS Chu Phạm Ngọc Sơn (1983), Dầu mỡ sản xuất đời sống, NXB Thành phố Hồ Chí Minh [6] Phạm Kiều Trinh (2008), Nghiên cứu sản xuất dầu Biodiesel từ dầu ăn qua sử dụng, Khoa Nơng nghiệp & Sinh học ứng dụng - Trƣờng đại học Cần Thơ [7] Man Kee Lam, Keat Teong Lee, Abdul Rahman Mohamed (2010), Homogeneous, heterogeneous and enzymatic catalysis for transesterification of high free fatty acid oil (waste cooking oil) to biodiesel: A review, School of Chemical Engineering, Universiti Sains Malaysia, Engineering Campus, Seri Ampangan, 14300 Nibong Tebal, Pulau Pinang, Malaysia [8] Yong Wang, Shiyi Ou, Pengzhan Liu, Feng Xue, Shuze Tang (2006), Comparison of two different processes to synthesize biodiesel by waste cooking oil, Department of Food Science and Engineering, Jinan University, Guangzhou 510632, China [9] http://congnghedaukhi.com/cndk-News-27.html [10] http://congnghedaukhi.com/cndk-News-28.html [11] http://congnghedaukhi.com/cndk-News-33.html [12] http://hoahocngaynay.com/vi/nghien-cuu-giang-day/bai-nghien-cuu/320-diesel-sinhhoc-va-trien-vong-phat-trien.html [13] http://vi.wikipedia.org/wiki/Diesel_sinh_h%E1%BB%8Dc [14] http://vi.wikipedia.org/wiki/D%E1%BA%A7u_%C4%83n [15] http://vi.wikipedia.org/wiki/D%E1%BA%A7u_diesel [16] http://vi.wikipedia.org/wiki/Rudolf_Diesel SVTH: Lê Thị Hương Lan Trang 44 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Mộng Hồng PHỤ LỤC SVTH: Lê Thị Hương Lan Trang 45 [...]... 25 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Mộng Hoàng 2.2 KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH ĐIỀU CHẾ METYL ESTE 2.2.1 Quy trình điều chế metyl este từ dầu ăn đã qua sử dụng Dầu ăn đã qua sử dụng Loại nƣớc Dầu khan Cho từ từ H2SO4 vào metanol Khuấy trộn Cho hỗn hợp trên vào dầu khan Khuấy trộn Gắn vào hệ thống đun hoàn lƣu Gia nhiệt và khuấy Chiết và tách metyl este thô Rửa lại nhiều lần bằng nƣớc... là metyl este Ở Việt Nam, số dầu ăn dƣ thừa sau khi chiên xào thức ăn thƣờng đƣợc xử lý bằng cách đổ bỏ vào đƣờng cống thoát nƣớc Thực ra, điều này không tốt vì nhƣ vậy thì nguồn nƣớc sẽ bị ô nhiễm, ảnh hƣởng tới các nhà máy xử lý chất thải…và một phần nhiên liệu tiềm năng đã bị mất đi Xuất phát từ tình hình trên, đề tài Điều chế metyl este từ dầu ăn đã qua sử dụng bằng phƣơng pháp nhiệt – xúc tác axit ... dầu ăn đã qua sử dụng thành dầu diesel sinh học Để điều chế đƣợc dầu diesel sinh học thì ngƣời ta thực hiện phản ứng của dầu ăn và metanol với các chất xúc tác thích hợp Điều này giúp việc xử lý dầu ăn hiệu quả, không ảnh hƣởng tới môi trƣờng và tận dụng đƣợc nguồn nguyên liệu Thành phần các axit béo có trong nguyên liệu dầu ăn đã qua sử dụng đƣợc trình bày ở bảng sau: Bảng 1.6 Thành phần các axit. .. Hình 1.1 Cơ chế phản ứng transeste hóa xúc tác axit  Xúc tác bazơ Phản ứng transeste hóa dầu mỡ động thực vật sử dụng xúc tác bazơ diễn ra nhanh, đồng thời xúc tác bazơ ít ăn mòn thiết bị nên xúc tác bazơ rất đƣợc ƣa chuộng trong công nghiệp Xúc tác bazơ thƣờng đƣợc sử dụng trong công nghiệp nhƣ: NaOH, KOH, muối cacbonat của kim loại kiềm, CH3ONa,… Tất cả xúc tác này đều có thể giúp thu đƣợc este chất... tinh khiết của sản phẩm điều chế đƣợc 3 CÁC PHƢƠNG PHÁP VÀ PHƢƠNG TIỆN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI a PHƢƠNG PHÁP Tìm tài liệu có liên quan đến: dầu ăn đã qua sử dụng, phản ứng transete hóa giữa dầu và metanol với xúc tác axit, dầu diesel sinh học,… Mua nguyên liệu và làm khan dầu Thực hiện phản ứng transeste hóa với xúc tác axit Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến phản ứng transeste hóa xúc tác axit nhƣ: tỷ lệ metanol,... về nguyên liệu dầu ăn đã qua sử SVTH: Lê Thị Hương Lan Trang 1 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Mộng Hoàng dụng Tìm hiểu chung về metyl este và các phƣơng pháp sản xuất, từ đó chọn ra phƣơng pháp phù hợp để thực hiện  Phần thực nghiệm: Tiến hành khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến phản ứng transeste hóa dầu ăn xúc tác axit: metanol, xúc tác, thời gian phản ứng, nhiệt độ Từ đó tìm ra điều kiện tốt nhất... và sử dụng nhiên liệu sinh học thân thiện với môi trƣờng Trong đó, phải kể tới metyl este, một loại dầu diesel sinh học (BioDiesel Fuel - BDF) Một trong các hƣớng để điều chế metyl este là đi từ dầu thực vật phế thải (dầu ăn đã qua sử dụng) Trong thành phần của dầu ăn chủ yếu gồm có các triglixerit, các axit béo tự do và một số thành phần khác Nếu ta thực hiện quá trình este hóa axit béo có trong dầu. .. dầu thực vật nhỏ hơn so với dầu diesel Muốn tăng chỉ số cetan cho dầu thực vật có thể dùng biện pháp thêm chất phụ gia “Procetane” hay chuyển chúng thành este dầu thực vật SVTH: Lê Thị Hương Lan Trang 18 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Mộng Hoàng 1.7 SƠ LƢỢC VỀ NGUYÊN LIỆU DẦU ĂN ĐÃ QUA SỬ DỤNG Nguyên liệu dầu ăn đã qua sử dụng cũng có thành phần bao gồm các triglixerit và các axit béo tự do Dầu ăn. .. Ngƣời ta chia dầu thực vật thành ba nhóm:  Nhóm dầu không khô (dầu axit béo bão hòa): Đó là các loại dầu có chỉ số iốt thấp dƣới 95 nhƣ dầu dừa, dầu cọ, dầu phộng, dầu ôliu…  Nhóm dầu nửa mau khô: Gồm các dầu có chỉ số iốt từ 95 đến khoảng 130 nhƣ dầu cao su, dầu mè, dầu hƣớng dƣơng, dầu đậu nành, dầu cải, dầu bông, dầu bắp…  Nhóm mau khô: Gồm các dầu có chỉ số iốt trên 130 nhƣ dầu lanh, dầu trẩu… ... 15866 Trang 19 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Mộng Hoàng 1.8 METYL ESTE [4] 1.8.1 Định nghĩa Metyl este là este của metyl và các axit béo trong dầu thực vật hoặc mỡ động vật Metyl este là một loại biodiesel Phƣơng pháp thƣờng đƣợc sử dụng để điều chế metyl este là dùng phản ứng transeste hóa lipit 1.8.2 Phản ứng transeste hóa lipit 1.8.2.1 Định nghĩa Quá trình transeste hóa dầu béo thực vật và mỡ ... dầu ăn cách ảnh hƣởng tới mơi trƣờng Đề tài Điều chế metyl este từ dầu ăn qua sử dụng phƣơng pháp nhiệt – xúc tác axit nhằm nghiên cứu tận dụng nguồn dầu ăn qua chế biến để điều chế metyl este. .. Xuất phát từ tình hình trên, đề tài Điều chế metyl este từ dầu ăn qua sử dụng phƣơng pháp nhiệt – xúc tác axit nhằm nghiên cứu, tận dụng nguồn dầu ăn qua chế biến để điều chế metyl este Điều khơng... ĐẾN Q TRÌNH ĐIỀU CHẾ METYL ESTE 2.2.1 Quy trình điều chế metyl este từ dầu ăn qua sử dụng Dầu ăn qua sử dụng Loại nƣớc Dầu khan Cho từ từ H2SO4 vào metanol Khuấy trộn Cho hỗn hợp vào dầu khan Khuấy