ĐỀ TÀI: ĐIỀU CHẾ CỒN KHÔ

 Chương 2 sẽ trình bày các phần như: Một số khái niệm, tính chất,các phương pháp điều chế và ứng dụng của cồn khô... Bảng 1: Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ khác nhau giữa cồn v

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN



Cần Thơ, ngày….tháng 6 năm 2007

Giáo viên hướng dẫn

ThS Võ Hồng Thái

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN



Cần Thơ, ngày…tháng 6 năm 2007

Giáo viên phản biện

LỜI CẢM ƠN

-Tôi xin chân thành cảm ơn:

 Thầy Võ Hồng Thái đã hướng dẫn và giúp đỡ tận tìnhtrong suốt quá trình tôi thực hiện luận văn tốt nghiệp này

 Các Thầy Cô Trường Đại học Cần Thơ nói chung và cácThầy Cô ở Bộ Môn Hoá Khoa Khoa Học nói riêng, nhữngngười đã tận tình truyền đạt cho chúng em những kiếnthức và những kinh nghiệm sống vô cùng quí báu và bổích

 Cảm ơn sự động viên và giúp đỡ của các bạn cùng lớp.-Luận văn này tuy đã hoàn thành nhưng không thể tránh khỏi nhữngthiếu sót và hạn chế Do đó rất mong nhận được sự chỉ dạy của quí Thầy

Cô và sự đóng góp chân thành của các bạn

PHẦN TÓM LƯỢC

Với đề tài “Điều Chế Cồn Khô”, luận văn này sẽ tập trung nghiên cứu baphương pháp phổ biến nhất để tạo ra loại nhiên liệu này Trong thực tế, loạinhiên liệu này đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong đời sống

Luận văn này sẽ bao gồm các chương sau:

 Chương 1 sẽ giới thiệu sơ lược về các loại nhiên liệu phổ biến được

sử dụng để đun nấu thức ăn

 Chương 2 sẽ trình bày các phần như: Một số khái niệm, tính chất,các phương pháp điều chế và ứng dụng của cồn khô

 Chương 3: Thực Nghiệm

 Chương 4: Kết Quả và Thảo Luận

 Chương 5: Kết Luận và Đề Xuất

MỤC LỤC

Trang

Lời cảm ơn

Phần tóm lược

Những từ viết tắt

Lời mở đầu

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU

1.1 Nhiên liệu khí

1.2 Nhiên liệu lỏng

1.2.1 Dầu lửa

1.2.2.Cồn (Alcol etyl, Etanol)

1.3 Nhiên liệu rắn

1.3.1 Hexamine (Hexamethylenetetramine)

1.3.2 Trioxane

1.3.3 Metaldehyde

1.3.4 Cồn khô

1.3.5 Nhiên liệu nhão (paste fuel)

1.3.6 Những sản phẩm gỗ / sinh khối

Chương 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU

2.1 LÝ THUYẾT VỀ CỒN KHÔ

2.1.1 Khái niệm 11 2.1.2 Tính chất chung

2.1.3.Ứng dụng

2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ CỒN KHÔ 2.2.1 Phương pháp điều

chế cồn khô có sử dụng Calci acetat

bão hoà 12 2.2.1.1 Cơ sở lý

thuyết 12

2.2.1.2 Công thức điều chế 2.2.2 Phương pháp điều chế cồn khô có sử

dụng acid béo và kiềm 13

2.2.2.1 Cơ sở lý thuyết 13

2.2.2.2 Công thức điều chế 13

2.2.3 Phương pháp điều chế cồn khô có sử dụng dẫn xuất Cellulose với một

lớp ngăn chặn sự hydrat hoá 14

2.2.3.1 Cơ sở lý thuyết 15

2.2.3.2 Công thức điều chế 15

2.2.4 Phương pháp điều chế cồn khô có sử dụng nhiên liệu vô cơ 18

Ch ươ ng 3 : TH ỰC NGHIỆM 20

3.1 ều chế cồnĐi khô 20

3.1.1 Phương pháp điều chế cồn khô có sử dụng Calci acetat bão hoà ( Phương Pháp 1) 20

3.1.1.1.Qui trình đi ều chế 20

3.1.1.2.D ụng cụ, hoá chất l àm thí nghi ệm 21

a.D ụng cụ 21

b.Hoá ch ất 21

3.1.1.3.B ố trí thí nghiệm 22

a ảoKh sát ảnh h ư ởng của các tỷ lệ khác nhau giữa cồn v à Calci acetat bão hoà lên kh ối l ư ợng v à đ ặc điểm sản phẩm 22

b.Kh ảo sát ảnh h ư ởng của một số loại r ư ợu đến khối l ư ợng v à đ ặc điểm s ản phẩm 23

3.1.2 Phương pháp điều chế cồn khô có sử dụng acid béo và kiềm ( Phương Pháp 2) 23

3.1.2.1.Qui trình đi ều chế 23

3.1.2.2.D ụng cụ, hoá chất l àm thí nghi ệm 24

a.D ụng cụ 24

b.Hoá ch ất 24

3.1.2.3.B ố trí thí nghiệm 24

a Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của lượng nước đến đặc điểm của sản phẩm 24

b Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của các tỷ lệ khác nhau giữa Metanol và Isopropanol đến đặc điểm sản phẩm 25

c Thí nghiệm khảo sát hưởng của NaOH đến sự hình thành sản phẩm 26

d Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của rượu đến sản phẩm 27

3.1.3 Phương pháp điều chế cồn khô có sử dụng dẫn xuất Cellulose với một lớp ngăn chặn sự hydrat hoá (Phương Pháp 3) 27

3.1.3.1.Qui trình đi ều chế 28

3.1.3 2 Dụng cụ, hóa chất làm thí nghiệm 28

a.Dụng cụ 28

b Hóa chất 29

3.1.3.3.B ố trí thí nghiệm 29

a.Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của lượng NaOH đến sự hình thành sản phẩm 31

b.Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của loại rượu đến sự hình thành sản phẩm 31

c Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của Alumina trihydrat đến đặc điểm của sản phẩm 31

3.2 Khảo sát một số tính chất của cồn khô vừa điều chế được 31

3.2.1 Tỉ khối 31

3.2.2 Ngọn lửa 31

3.2.3 Nhiệt độ nóng chảy 31

3.2.4 Tốc độ chảy và thời gian cháy 32

3.2.5 Sản phẩm sau khi cháy 32

Chương 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 33

4.1 Kết quả 33

4.1.1 phương pháp điều chế cồn khô có sử dụng Calci acetat bão hoà 33 4.1.1.1 Kết quả các thí nghiệm khảo sát 33

a Kết quả khảo sát các tỷ lệ khác nhau giữa cồn và Calci acetat bão hoà 33

b Kết quả khảo sát ảnh hưởng của một số loại rượu đến khối lượng và đặc điểm sản phẩm 35

4.1.1.2 Một số tính chất của cồn khô 36

4.1.1.3 Hiệu suất và giá sản phẩm 36

4.1.2 Phương pháp điều chế cồn khô có sử dụng acid béo và kiềm 37

4.1.2.1 Kết quả các thí nghiệm khảo sát 37

a Kết quả thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của lượng nước đến đặc điểm của sản phẩm 37

b.K ết quả các thí nghiệm khảo sát ảnh h ư ởng của các tỷ lệ khác nhau giữa Metanol và Isopropanol đến đặc điểm của sản phẩm 39

c.Kết quả thí nghiệm khảo sát hưởng của lượng NaOH đến sự hình thành sản phẩm 40

d Kết quả thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của loại rượu đến đặc điểm của sản phẩm 42

4.1.2.2.M ột số tính chất của cồn khô 43

4.1.2.3.Hi ệu suất v à giá thành s ản phẩ m 43

4.1.3 Phương pháp điều chế cồn khô có sử dẫn xuất Cellulose với một lớp ngăn chặn sự hydrat hoá 45

4.1.3.1.K ết quả của các thí nghiệm khảo sát 45

a Kết quả thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của lượng NaOH đến sự hình thành sản phẩm 45

b.K ết quả thí nghiệm khảo sát ảnh h ư ởng của loại r ư ợu đến sự h ình

thành s ản phẩm 45

c.K ết quả thí nghiệm khảo sát ảnh h ư ởng của Alumina trihydrat đến đặc điểm của sản phẩm 46

4.1.3.2.M ột số tính chất của cồn khô 46

4.1.3.3 Hiệu suất và giá thành của sản phẩm 46

4.2 ảoTh luận 47

4.2.1.Phương pháp 1 47

4.2.2.phương pháp 2 48

4.2.3.Phương pháp 3 48

Ch ươ ng 5: K ẾT LUẬN V À ĐỀ XUẤT 49

5.1 ếtK luận 49

5.2 ề xuấtĐ 49

Hình 1: Hexamine 3

Hình 2: Hexamine dạng bánh 3

Hình 3: ESBIT Tabs 4

Hình 4: Trioxane 6

Hình 5: Bánh nhiên liệu Metaldehyde 6

Hình 6: Chinese Solid Alcohol 7

Hình 7: Japanese Waxed Methanol 8

Hình 8: American Gelled Alcohol 8

Hình 9: Fire paste 8

Hình 10: Nhiên liệu sinh khối 9

Hình 11: Cồn khô 11

Hình 12: Qui trình điều chế cồn khô theo phương pháp 1 20

Hình 13: Thao tác điều chế cồn khô theo phương pháp 1 21

Hình 14:Qui trình điều chế cồn khô theo phương pháp 2 23

Hình15: Qui trình điều chế cồn khô theo phương pháp 3 28

Hình 16: Sản phẩm của thí nghiệm với các tỉ lệ khác nhau giữa cồn và Calci acetat 34

Hình 17: Sản phẩm thu được khi thay Etanol bằng Metanol 35

Hình 18: Sản phẩm thu được khi thay Etanol bằng Isopropanol 35

Hình 19: Cồn khô được làm theo phương pháp 1 36

Hình 20: Sản phẩm của các thí nghiệm 4, 3, 2, 1 38

Hình 21: Sản phẩm của các thí nghiệm từ 5 đến 9 39

Hình 22: Sản phẩm của các thí nghiệm 10, 11, 12 41

Hình 23: Sản phẩm của thí nghiệm 13 42

Hình 24: Sản phẩm của thí nghiệm 14 42

Hình 25: Cồn khô được làm từ phương pháp 2 43

Hình 26: Sản phẩm của thí nghiệm 6 45

Hình 27: Cồn dẻo được tạo thành theo phương pháp 3 46

MỤC LỤC HÌNH

Trang

Bảng 1: Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ khác nhau giữa cồn và

Calci acetat bão hoà lên sản phẩm (từ thí nghiệm 1 đến 9) 22Bảng 2: Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của các tỷ lệ khác nhau giứa

Metanol và Isopropanol đến đặc điểm sản phẩm 26Bảng 3: Thí nghiệm khảo sát hưởng của NaOH đến sản phẩm 27Bảng 4: Kết quả khảo sát các tỷ lệ khác nhau giữa cồn và Calci acetat bão

hoà đến sự hình thành sản phẩm 34Bảng 5: Kết quả các thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của các tỷ lệ khác

nhau giữa Metanol và Isopropanol đến đặc điểm của sản phẩm từ

5 đến 9 39Bảng 6: Biểu diễn tốc độ cháy và thời gian cháy của các thí nghiệm 5 đến

thí nghiệm 9 40Bảng 7: Kết quả các thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của các tỷ lệ khác

nhau giữa Metanol và Isopropanol đến đặc điểm của sản phẩm từ

10 đến 12 40Bảng 8: Biểu diễn tốc độ cháy và thời gian cháy của các thí nghiệm từ 10

đến 12 41Bảng 9: Kết quả thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của lượng NaOH đến sự

hình thành sản phẩm từ 1 đến 5 45

MỤC LỤC BẢNG

Trang

NHỮNG TỪ VIẾT TẮT

MeOH : Metanol (Methanol)

IPA : Isopropanol (Isopropyl alcohol)

PHTH : Phenolptalein (Phenolphtalein)

Methocel J75 MS: Hydroxypropyl methyl CelluloseHexamine: Hexamethylenetetramine

LỜI MỞ ĐẦU

Mọi dạng sự sống trên Trái đất - từ những cấu trúc vi sinh vật cho đến độngvật và con người đều phụ thuộc và sử dụng năng lượng Các tế bào trong cơ thểsống tham gia quá trình biến đổi hóa học mà qua đó năng lượng trong thức ănhoặc ánh sáng mặt trời được chuyển hoá thành những dạng năng lượng để cóthể duy trì sự sống

Con người sử dụng nhiều cách thức nhằm biến đổi năng lượng ở nhiều hìnhthức thành những dạng phù hợp với mục đích sử dụng nhằm phục vụ đời sống

và các quá trình giao lưu trong xã hội Ứng dụng sự giải phóng năng lượng từnhiên liệu rất đa dạng trong cuộc sống, như đốt cháy khí tự nhiên để đun nấu,kích nổ xăng dầu để chạy động cơ, biến năng lượng hạt nhân thành điện năng,

…

Vậy nhiên liệu là gì ?

Nhiên liệu là vật chất được sử dụng để giải phóng năng lượng khi cấu trúcvật lý hoặc hóa học của vật chất bị thay đổi Nhiên liệu giải phóng năng lượngthông qua quá trình hóa học như cháy hoặc quá trình vật lý, ví dụ phản ứngnhiệt hạch, phản ứng phân hạch Tính năng quan trọng của nhiên liệu đó lànăng lượng có thể được giải phóng khi cần thiết và sự giải phóng năng lượngđược kiểm soát để phục vụ mục đích sử dụng của con người Và hiện nay, vớimục đích sử dụng nhiên liệu dùng để đun nấu thì cồn khô là một loại nhiên liệucần phải được kể đến1

Do đó đề tài: “Điều Chế Cồn Khô” này tìm cách điều chế cồn khô từ một sốnguyên liệu và khảo sát một số thông số để thu được cồn khô có chất lượng tốt

và rẻ

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU

CÁC LOẠI NHIÊN LIỆU PHỔ BIẾN

- Các loại nhiên liệu thường thấy là:

+ Nhiên liệu hóa thạch (như: than, khí thiên nhiên, khí dầu mỏ hóa lỏng, xăng, kerosen, gas oil, nhiên liệu diezen, dầu mazut, )

+ Nhiên liệu hạt nhân

+ Các nhiên liệu có thể tái tạo

- Tuy nhiên đối với việc sử dụng nhiên liệu cho mục đích đun nấu trong giađình thì có thể chia nhiên liệu thành ba nhóm chính gồm:

+ Nhiên liệu khí

+ Nhiên liệu lỏng

+ Nhiên liệu rắn

1 Nhiên liệu khí

Gas (gas oil) 1,11

Nhiên liệu khí là các Hidrocarbon no có khoảng nhiệt độ sôi từ 177°C-347°C(450-620°K hay 350-656°F) Nó bao gồm các Hidrocarbon no được tạo ra từ quátrình chưng cất và khử lưu huỳnh của dầu thô1

Hiện nay loại nhiên liệu này được sử dụng rất phổ biến ở cả thành thị và nôngthôn Loại nhiên liệu này có ưu điểm là sử dụng nhanh, sạch, dễ điều chỉnh nhiệt

độ theo ý muốn, ít hao phí…Nhưng nhược điểm lớn nhất của nó là kém an toàn(do dễ nổ) và chi phí tương đối cao (khoảng 130.000 - 135.000 đồng / bình gas13,5 kg)11

Ngoài công dụng là nhiên liệu phục vụ cho mục đích đun nấu trong gia đình,

nó còn được sử dụng để làm nhiên liệu cho động cơ diezen, luyện kim và lànguyên liệu cho quá trình cracking1

2 Nhiên liệu lỏng

2.1 Dầu lửa 1,11

Luận văn tốt nghiệp

16

Dầu lửa là các Hidrocarbon họ Parafin, có khoảng nhiệt độ sôi từ 137°

C-302° (410 - 575°K hay 278 - 575°F) Nó được tạo thành từ quá trình chưng cất vàcracking dầu thô1

Bên cạnh những mặt hạn chế như: sinh ra muội than, nhiệt lượng tỏa ra thấp,mất nhiều thời gian khi sử dụng, sau khi tắt bếp dầu thì thường tỏa ra mùi rất khóchịu… Nhưng khi sử dụng để đun nấu thì loại nhiên liệu này còn có những ưuđiểm là rẻ tiền, ít hao phí…

Với thực trạng hiện nay là ngộ độc khí than tổ ong xảy ra nhiều Nhưng than

tổ ong vẫn còn được sử dụng nhiều trong các gia đình, kể cả các đô thị lớn bởi vìtính kinh tế của nó Để khắc phục thực trạng trên thì cần phải tìm ra một loại bếpvừa phát huy được ưu điểm của nhiên liệu rẻ lại vừa khắc phục được nhược điểm

ô nhiễm môi trường, gây độc hại của bếp than tổ ong Vì thế “bếp dầu đun theokiểu gas” là một giải pháp tối ưu nhất hiện nay với ưu điểm là tiện sử dụng,không ô nhiễm môi trường, không sinh ra muội đen, chi phí thấp (dùng bếp dầuđun kiểu gas, chi phí để mua nhiên liệu chỉ khoảng 30.000 - 40.000 đồng / tháng)

và nhiệt lượng toả ra lớn, tạo nhiệt độ khá cao (khoảng 1300°C)11

Hiện nay loại nhiên liệu này ngoài việc sử dụng cho mục đích đun nấu nócòn được sử dụng để làm nhiên liệu cho các máy nông nghiệp, thắp sáng vàtuabin khí trong ngành hàng không1…

2.2 Cồn (Alcol etyl, Etanol) 5

Cồn hay Alcol etyl tức Etanol có công thức là C2H5OH

Alcol etyl không chỉ là hợp chất hữu cơ xưa nhất được dùng bởi con người

mà còn là một hợp chất quan trọng nhất, vì nó được sử dụng trong nhiều lĩnhvực5

Do tỏa ra năng lượng rất cao khi cháy và không gây độc hại nên cồn cũngđược sử dụng để làm nhiên liệu như làm đèn cồn trong nhằm cung cấp nguồnnhiệt trong các thí nghiệm hóa học Người ta còn dùng trong việc nướng khô, nấulẩu trong bửa ăn gia đình hay tại nhà hàng Nhưng nó có nhược điểm là cháy hếtnhanh, khó khăn trong bảo quản và không mấy an toàn khi sử dụng

Ngoài công dụng làm nhiên liệu để sử dụng trong thí nghiệm và trong việcđun nấu nó còn được sử dụng cho rất nhiều mục đích như: sát trùng, làm dung

môi cho sơn mài, vecni, dầu thơm, làm môi trường cho phản ứng hoá học vàdùng trong sự tái kết tinh Etanol là hợp chất rất quan trọng cho tổng hợp hữu cơ,

và nó còn là rượu uống từ xưa nay của con người5

3 Nhiên liệu rắn

Nhiên liệu rắn có nhiều hình dạng khác nhau, kích cỡ và thành phần khácnhau Đặc trưng nhất là một số nhiên liệu như Hexamine, Trioxane, META, cồnkhô, nhiên liệu nhão và sau đó là gỗ18

Hình 2: Hexamine dạng bánh

Bánh nhiên liệu này thường được gọi là Esbit, viết tắt của từ "Erich

Schumms Brennstoff in Tablettenform", nó được phát minh bởi một người Đức

tên là Murrhardt vào năm 1932 Nó được bán dưới nhiều hình dạng và kích cỡkhác nhau và hiện nay trên thị trường nhiên liệu Hexamine ở dạng bánh này còn

có rất nhiều tên gọi khác nhau như:

Hình 3: ESBIT TabsNhiên liệu rắn ở dạng bánh này được sử dụng để đun nấu thức ăn trong nhữngbuổi cắm trại, trang bị cho quân đội, trong tổ chức cứu tế…Nó dễ cháy, sạch, cóhiệu suất tạo năng lượng cao, không hóa lỏng trong suốt quá trình cháy và không

để lại tro

Bên cạnh những ưu điểm như đã nêu ở trên, loại nhiên liệu này còn có mộttrở ngại rất lớn khi sử dụng đó là nó độc Bánh nhiên liệu này phát ra hơi khóiđộc hại như: hơi Formaldehid (HCHO), Amoniac (NH3), Carbon oxid (CO),Hydrogen cianur (HCN) và Nitrogen oxid (NO), khi cháy

Ngoài mục đích sử dụng để làm nhiên liệu, Hexamine cũng có thể được sửdụng như chất khử trùng và dùng trong chất nổ…

3.2. Trioxane 18,19

Còn được gọi là - triox, GI fuel tabs, Metaformaldehyde, Trioxane; Trioxacyclohexane; 1,3,5-Trioxane; Aldeform; Formagene; Marvosan, s-Trioxane, s-Trixane, sym-Trioxane, Triformol, Trioxymethylene

1,3,5-Trioxane là một hợp chất hữu cơ dạng vòng có công thức phân tử là C3H6O3.

Mỗi vòng có sáu cạnh tương ứng với ba nguyên tử Carbon và ba nguyên tử Oxi.Hợp chất này có hai dạng đồng phân là:

+ 1,2,4-Trioxane: chủ yếu được biết đến như là một nguyên tố chủ yếu trongchất chống sốt rét

+ 1,3,5-Trioxane: chủ yếu được biết đến như là một thuốc thử hoá học, nhưngcũng được sử dụng như là một nhiên liệu.

Loại nhiên liệu này có chứa Metaformaldehyde nên độc và thoát ra khíFormaldehid (cũng độc) khi nó phân huỷ

Ngoài nhược điểm nói trên, Trioxane còn có ưu điểm là giá rẻ, sức nóng chỉbằng một nửa Hexamine nhưng Trioxane cháy với ngọn lửa màu xanh, tốt hơnngọn lửa màu vàng của Hexamine

Hình 4: Trioxane

3.3. Metaldehyde 18,19 Metaldehyde gọi tắt là là META, Meta-fuel, tên gọi theo danh pháp quốc tế

là r-2, c-4, c-6, c-8-Tetramethyl-1,3,5,7-tetroxocane và còn có tên khác là2,4,6,8-Tetramethyl-1,3,5,7-tetraoxocanemetacetaldehyde

Hợp chất này có công thức phân tử là:

C8H16O4 Công thức cấu tạo là:

Loại bánh nhiên liệu này không được thấy phổ biến như Hexamine vàTrioxane Nó được tạo ra bởi LONZA và có thể được tìm thấy ở Châu Âu vàNhật

Hình 5: Bánh nhiên liệu Metaldehyde

Loại nhiên liệu này tuy độc hại nhưng chỉ ở mức độ vừa phải, nó có thể gây

ra cái chết cho những con vật cưng nuôi trong nhà cũng như những động vậthoang dã

META được sử dụng cho đèn, cho những cái bếp nhỏ, cho bộ phận đánh lửa

và hiện tại nó là hợp chất phổ biến nhất được sử dụng trong thuốc diệt côn trùng

3.4. Cồn khô: (Solid Alcohol, Dry Spirit, Waxed Solid Fuel,

Pastilles Carburant Solide, Flaming Solid Alcohol…)18.Cồn khô là một nhiên liệu rắn với thành phần chính là cồn tinh khiết

Hình 6: Chinese Solid Alcohol (Cồn khô Trung Quốc)

Cồn khô có thể dùng để đun nấu hoặc dùng cho lò sưởi, nó có nhiều ưu điểm như :

o Tăng độ ổn định trong thời gian bảo quản o

Giảm nhẹ tốc độ cháy (so với cồn lỏng)

o Không phát sinh sản phẩm phụ độc hại o

Không khói, không độc

Hình 8: American Gelled Alcohol (Cồn đặc Mỹ)

Hạn sử dụng của loại nhiên liệu này phụ thuộc vào việc bao bọc và cách bảoquản Do đó chúng phải được bọc thật kín bởi nhiều lớp bao bì và được giữtrong bọc bằng nhựa hoặc hợp bằng kim loại

3.5. Nhiên liệu nhão (paste fuel) 18

Còn gọi là fire paste

Những sản phẩm gỗ hay sinh khối bao gồm củi, giấy, than, than củi, gỗnén, lá khô, rơm rạ…

Hình 10: Nhiên liệu sinh khối (gỗ)

Mặc dù những nhiên liệu rắn này thường tốn nhiều thời gian khi sử dụng, vàthường dẫn đến kết quả là gây bẩn tay hoặc quần áo của người sử dụng nhưnghiện nay có hơn 3 tỉ người trên thế giới phụ thuộc vào chúng để đun nấu và sưởiấm

Đây là thủ phạm gây nên tình trạng ô nhiễm trong nhà, làm phát sinh rấtnhiều bệnh tật như: làm hủy tế bào máu, tế bào gan, thận; gây ung thư, viêm da,tổn hại đến hệ thần kinh trung ương, buồn nôn, mất phương hướng; mệt mỏi; ảnhhưởng đến khả năng sinh sản (hiếm muộn, vô sinh) và giảm tỉ lệ sinh sản (khóđậu thai, sinh ít con) và phổ biến nhất là bệnh đường hô hấp

Nguyên nhân dẫn đến những căn bệnh trên là: trong khói bếp do đốt cháynhững nhiên liệu như than, củi…có chứa các hợp chất hữu cơ bay hơi (VOC-volantile organic compounds) Các VOC cũng có thể được tìm thấy trong các sảnphẩm như sơn, khói thuốc lá, khói nhang, thuốc xịt muỗi, nước hoa xịt phòng,

mỹ phẩm, khăn giấy, bột giặt, nước làm mềm vải, giấy dán tường, xi đánh giày(cire), keo dán tổng hợp, hóa chất bảo quản đồ nội thất

Đối tượng bị ảnh hưởng nặng nề nhất của dạng ô nhiễm này là phụ nữ và trẻ

em Mỗi năm trên thế giới có khoảng 1,5 triệu người chết vì ô nhiễm trong nhà

và trong phòng làm việc Đây là những số liệu được đưa ra tại Hội nghị Ủy banLiên Hiệp Quốc về phát triển bền vững ở New York Hội nghị nhìn nhận việc sửdụng nhiên liệu rắn là một trong 10 hiểm họa lớn đối với sức khỏe của dânchúng.

Như vậy, mỗi nhiên liệu nói trên điều có những ưu và nhược điểm riêng của

nó Nhưng nói chung việc lựa chọn một nhiên liệu thích hợp còn phụ thuộc vàohoàn cảnh và mục đích sử dụng Riêng với mục đích sử dụng nhiên liệu để đunnấu khi đi dã ngoại hoặc dùng để sưởi ấm mà có độ an toàn cao và tiện lợi thìcồn khô là một sự lựa chọn thích hợp nhất

CHƯƠNG 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU

+ Cung cấp một ngọn lửa đủ nóng và đủ thời gian để đốt cháy một vật liệu

dễ cháy (1g mẫu cháy không dưới 45 giây)

2.1.3 Ứng dụng

Cồn khô là một loại nhiên liệu tiện lợi và an toàn cho việc sử dụng trong sinhhoạt gia đình, khách sạn, nhà hàng, khi đi picnic, thám hiểm, quốc phòng, hàngkhông, hải đảo…Rất phù hợp với các mục đích như:

+ Dùng để sưởi ấm, thắp sáng

Hình 11: Sự cháy của Cồn khô+ Đun nấu

Cồn khô còn được dùng làm nhiên liệu cho bộ tiết kiệm xăng trong xe gắnmáy Ông Nguyễn Thanh Long, 40 tuổi, quê Điện Bàn - Quảng Nam, hiện sốngtại khu phố 8, Bình Hưng Hoà, Tân Bình – TP HCM, đã chế tạo được thiết bịnày Thiết bị này đã được Chi cục Tiêu chuẩn - Đo lường - Chất lượng TP HCMkiểm định và cho biết kết quả giảm được 10,39% so với mức tiêu hao nhiên liệubình thường.

2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ CỒN KHÔ

Có rất nhiều phương pháp khác nhau dùng để điều chế cồn khô như:

 Phương pháp điều chế cồn khô có sử dụng Calci acetat bão hoà

 Phương pháp điều chế cồn khô có sử dụng acid béo và kiềm

 Phương pháp điều chế cồn khô có sử dụng dẫn xuất Cellulose với mộtlớp ngăn chặn sự hydrat hoá

 Phương pháp điều chế cồn khô có sử dụng nhiên liệu vô cơ

2.2.1 Phương pháp điều chế cồn khô có sử dụng Calci acetat bão hoà

Do vậy, Calci acetat bão hòa trong môi trường nước, nhưng nó trở thành quá bãohoà trong môi trường rượu - nước (Calci acetat không tan trong rượu) nên quátrình ngưng tụ xảy ra6

2.2.1.2 Công thức điều chế

Trong phương pháp này cồn khô được điều chế từ 75 ml rượu Etylic (Etanol)

và 10 ml Calci acetat bão hoà (được điều chế từ 3g Calci acetat và 10ml nước)17tương ứng với tỷ lệ 7,5:1 Và từ 40ml Etanol và 10 ml Calci acetat bão hoà, từmột nguồn tài liệu khác

Sản phẩm cồn khô theo thành phần này có tên thương mại là Sterno.

2.2.2 Phương pháp điều chế cồn khô có sử dụng acid béo và kiềm

2.2.2.2 Công thức điều chế

Trong bằng phát minh số 1266080; 1389638 và 1484190 của Mỹ chỉ ra mộtnhiên liệu cồn khô không bị hóa lỏng và giữ lại được hình dạng trong suốt quátrình cháy Nhiên liệu cồn khô có dạng gel dẻo nó được tạo ra dưới hình dạng củamột cái ống được chỉ trong bằng phát minh số 3183068; hoặc có hình khối vuôngnhư được chỉ trong bằng phát minh số 1545595 Tất cả những nhiên liệu cồn khôđược nói ở trên đều có chứa loại rượu có mạch Carbon thấp như Metanol vàEtanol tự do hoặc được pha trộn và tác nhân tạo gel là Natri stearat được điều chếtại chỗ với sự có mặt của nước, chúng được tạo thành từ phản ứng giữa Natrihidroxid với acid Stearic được hoà tan trong rượu Nước có mặt để giúp hòa tan

xà phòng (Natri stearat), sự hiện diện của một lượng rất nhỏ (5-25%) của nước làcần thiết để hình thành một cấu trúc được dẫn ra trong bằng phát minh số3,183,008 của Mỹ

Theo bằng phát minh của Mỹ số 4436525, được Barney J Zmoda công bốvào ngày 13/03/1984, loại tác nhân tạo gel thích hợp nhất theo phương pháp này

là Natri stearat, nó được tạo thành bởi phản ứng hoàn toàn của acid béo cao phân

tử và một chất kiềm như NaOH để tăng pH đến khoảng 9 Acid béo được sửdụng là acid Stearic

Cũng theo phát minh đó, thành phần chủ yếu tạo nên sự cháy trong sản phẩmnày là một hỗn hợp đặc biệt của Metanol và Isopropanol, chiếm tối thiểu là 85%

khối lượng của toàn bộ thành phần Tỉ lệ kết hợp của hai loại cồn này là rất quantrọng và cần thiết, để tạo ra một loại cồn khô mà nó không bị chảy trong suốt quátrình đốt và cung cấp ngọn lửa đủ thời gian để đốt cháy một vật liệu dễ cháy nhưthan hoặc gỗ.

Barney J Zmoda đã tiến hành một loạt thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng củacác tỷ lệ khác nhau giữa Metanol và Isopropanol

Sau đó nhà phát minh này tiếp tục thực hiện các thí nghiệm để khảo sát ảnhhưởng của NaOH đến sự hình thành sản phẩm

Đúc kết những kinh nghiệm thu được từ một loạt thí nghiệm trên, Barney J.Zmoda đã đi đến nhận định cuối cùng cho thành phần tạo nên cồn khô theophương pháp này, gồm có:

Tất cả những thành phần trên đều là dạng khan

Sản phẩm thu được theo bằng phát minh số 4436525 của Barney J Zmoda cócác đặc điểm sau:

+ Không bị hoá lỏng trong suốt quá trình cháy

+ Vẫn duy trì được hình dạng ban đầu của nó

+ Sản phẩm cháy sạch, không có bồ hóng

+ Khi cháy không có khói, không mùi và ngọn lửa có thể nhìn thấy được.Trong thành phần của nhiên liệu cồn khô dạng gel này cũng có thể được trộnvào một số chất mà vẫn không có ảnh hưởng bất lợi đến tính chất của sản phẩm.Các chất đó có thể là: thuốc nhuộm (như Phenolphtalein, Rose Bengal) dùng đểchỉ thị hoặc để gia tăng giá trị thẩm mỹ cho sản phẩm; những chất dùng để tạomàu ngọn lửa như muối Natri và muối Kali của Nitrat và Clorat, cũng như cácmuối của Li, Bo, Cu…Những thành phần này chỉ được sử dụng với một lượngnhỏ, thường thì sử dụng không vượt quá 1% khối lượng và thích hợp nhất là0,5%

MeOH : 67,7%

Acid Stearic : 5,5%

NaOH : 0,8%

2.2.3 Phương pháp điều chế cồn khô có sử dụng dẫn xuất Cellulose với

một lớp ngăn chặn sự hydrat hóa.

2.3.1 Cơ sở lý thuyết

Ở vùng pH của dung dịch nhỏ, chính các nhóm ion được ion hoá gây tácdụng qua lại làm cho mạch phân tử có phần bị co lại, nên độ nhớt cũng giảm Khităng pH của dung dịch thì mạch phân tử của các chất cao phân tử điện li giãn ra

do sự ion hoá tăng lên, nên độ nhớt của dung dịch cũng tăng lên Do đó khi trộnlẫn các thành phần nước, cồn, Hydroxypropyl methyl cellulose được thực hiệnbằng cách hạ thấp độ pH của hỗn hợp Sau đó độ pH của hỗn hợp được tăng lênlàm tăng độ nhớt và cồn được chuyển sang dạng gel

2.3.2 Công thức điều chế

Trong bằng phát minh số 3,214,252 của Mỹ công bố về một nhiên liệu cồnkhô với thành phần gồm có: một tác nhân tạo gel là hợp chất cao phân tử,Metanol hoặc Etanol hoặc Isopropanol dưới 40% nước và một chất kiềm để điềuchỉnh pH của thành phần hỗn hợp đến khoảng từ 6 - 9 Sản phẩm này có thể đượclấy ra dễ dàng và vẫn giữ được hình dạng trong suốt quá trình cháy Ở pH trên 9,cồn khô dễ bị chảy rữa, không thể được lấy ra với hình dạng mong muốn vàkhông thể cầm, mặc dù nó có thể cháy

Bằng phát minh của Mỹ số 4971597 do Scott Gartner, công bố vào ngày20/11/1990, mô tả thành phần phần chính của loại nhiên liệu này là: rượu, dẫnxuất Cellulose, kiềm, Alumin trihydrat Những loại cồn phù hợp cho phươngpháp này chứa từ 1 đến 10 nguyên tử Carbon Những loại rượu đó bao gồm:Metanol, Etanol, Propanol, Isopropanol, Butanol, Isobutyl alcohol, Terbutylalcol, Pentanol, Isopentyl alcol, Neopentyl alcol, Hexanol, Heptanol, Octanol,Nonanol, Decanol và cũng có thể sử dụng alcol đồng phân với những alcol trên.Những alcol vòng như: Cyclopropanol, Cyclobutanol, Cyclopentanol,Cyclohexanol, Cycloheptanol, Cyclononanol và Cyclodecannol cũng có thể được

sử dụng trong phương pháp này Trong tất cả những alcol đó thì alcol thích hợpnhất để sử dụng trong phương pháp này là những alcol có mạch Carbon thấpnhư: Metanol, Etanol, Propanol và Isopropanol

Trong thành phần của phương pháp này có chứa một chất ngăn chặn khói.Chất ngăn chặn khói tiêu biểu và thích hợp nhất trong phương pháp này làAlumin trihydrat Những chất ngăn chặn khói khác có thể thay thế Alumintrihydrat bao gồm: muối Borat của kim loại kiềm (cũng có thể sử dụng kết hợpvới Amonium sulfat (NH4)2SO4, Amonium clorur (NH4Cl) và Amoniumphosphat (NH4)3PO4 Những chất khác như dẫn xuất Antimon oxid (Stibiumoxid) cũng phù hợp Alumin Trihydrat được bán dưới những tên thương mại như:SB-30, Onyx Elite series, FRE, Micral 805, SB-331/SB-332, Sb-631/SB-632,SB-431/SB-432, SB-335/SB-336 và Micral 632, tất cả có thể sử dụng trong thànhphần của phát minh trên.

Dẫn xuất Cellulose phù hợp để thực hiện phát minh này là: Cellulose akyl ethers, Hydroxyakyl alkyl ethers Dẫn xuất Cellulose được sử dụng trong phương pháp này có một điểm đặc biệt là có một lớp hiện diện trên bề mặt nó làm chậm lại sự hydrat hóa khi được trộn với dung dịch cồn Lớp phủ ngoài tiêu biểu trong dẫn xuất Cellulose là một lớp acid như: lớp Polyacrylic acid Dẫn xuất Cellulose cũng có thể được xử lý trên bề mặt với Glyoxal như được chỉ trong bằng phát minh số 3072635 của Mỹ.

Những loại dẫn xuất Cellulose eter bao gồm: Metyl cellulose, Etyl cellulose,Propyl cellulose và Butyl cellulose Trong số dẫn xuất Cellulose nhómHydroxyakyl akyl cellulose thì những loại tiêu biểu là: Hydroxypropyl metylcellulose, Hydroxyetyl etyl cellulose, Hydroxypropyl etyl cellulose, Hydroxyetylmetyl cellulose, Hydroxypropyl propyl cellulose, Hydroxyetyl propyl cellulose.Trong tất cả những dẫn xuất Cellulose để sử dụng trong phương pháp này thì loạidẫn xuất Cellulose thích hợp nhất là Hydroxypropyl metyl cellulose được bándưới tên thương mại là Methocel J75 MS Lớp phủ ngoài là acid tự nhiên hoặcGlyoxylated Lớp phủ ngoài này hạn chế sự hydrat hoá trong việc sản xuất tất cảnhiên liệu rắn nhanh và có hiệu quả

Dẫn xuất Hydroxypropyl metyl cellulose trong phương pháp này chứa từ 5đến 12 phần bởi trọng lượng của nhóm Hydroxy và từ khoảng 27 đến 30 phầnkhối lượng của Cellulose eter Dãn xuất Cellulose thuận lợi cho sử dụng chứa từ

7 đến 12 phần khối lượng của nhóm hydroxypropoxyl và từ 28 đến 30 phần khối

lượng của nhóm metoxyl Loại dẫn xuất Cellulose thích hợp này được bán bởicông ty hoá chất Dow dưới tên thương mại là Methocel J75 MS Methocel J75

MS có một lớp phủ ngoài đặc biệt ngăn chặn sự hydrat hoá của dẫn xuấtCellulose

Chất Methocel được thực hiện trong phát minh này (bằng phát minh số4971597) được điều chế bằng những phương pháp được mô tả trong phát minh

số 3072635 của Mỹ Phát minh số 3072635 cũng chỉ ra rằng vật liệu thích hợpdùng để xử lý bề mặt của dẫn xuất Cellulose là Glyoxylat với một lượng nhỏ củaglyoxal Glyoxal ngăn chặn sự hydrat hóa của vật liệu Cellulose cho đến khi chấtkiềm được thêm vào vì vậy nó ảnh hưởng đến sự tạo gel của nhiên liệu cồn.Chất kiềm rất cần thiết để bắt đầu sự hydrat hoá Có thể sử dụng mọi chất kiềm

mà nó có thể làm tăng pH đến 8 hoặc hơn nữa Những loại chất kiềm đó baogồm: Liti hydroxid, Natri hydroxid, Kali hydroxid, Cesium hydroxid Cũng cóthể thay kiềm bằng những muối như: Liti Carbonat, Natri Carbonat, Kalicarbonat, Cesium carbonat, Rubidi carbonat, Calci hydroxyt, Magnesiumhydroxid, Stronti hydroxid, Stronti carbonat, Bari hydroxid, Bari carbonat, Bericarbonat để làm đặc cồn

Nhiên liệu cồn khô được đều chế theo phương pháp này gồm có:

+ Hạn chế sinh ra thành phần độc hại khi cháy

+ Không sinh ra bồ hóng và tro

+ Chi phí thấp

+ An toàn và tiện lợi khi vận chuyển và sử dụng