Tổng hợp diesel sinh học từ bã cà phê nhằm tìm hiểu các yếu tố cần thiết để đi vào ứng dụng cho quá trình sản xuất diesel sinh học

LỜI CẢM ƠN Qua thời gian làm Đồ Án Tốt Nghiệp thời gian ngắn đem lại cho nhiều kiến thức cố lượng kiến thức để tự tin học tập Qua xin phép gửi lời cảm ơn đến: Trường Đại học Bà RịaVũng Tàu Khoa Hóa học Công Nghệ Thực Phẩm tạo môi trường học tập nghiên cứu tốt ThS.Diệp Khanh hướng dẫn tận tình để tơi thực đề tài nghiên cứu KS Nguyễn Văn Tới tạo điều kiện cho suốt thời gian thực đồ án Trong q trình thực hồn thành nghiên cứu tơi có nhiều cố gắng nỗ lực khơng thể tránh khỏi sai sót Vì vậy, tơi mong nhận đóng góp quý báu thầy, để đồ án hồn thiện mang tính ứng dụng tốt Một lần tơi xin chân thành cảm ơn Vũng Tàu, ngày tháng năm 2016 Sinh viên thực Huỳnh Văn Bảo Thạnh i MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG v DANH MỤC HÌNH vi TỪ VIẾT TẮT vii LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 Diesel sinh học 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Vai trò 1.2 Các nguồn nguyên liệu để sản xuất diesel sinh học 1.2.1 Dầu thực vật 1.2.2 Mỡ động vật 1.3 Xúc tác sử dụng cho trình tổng hợp biodiesel 1.3.1 Xúc tác axít 1.3.2 Xúc tác bazơ 1.3.3 Xúc tác dị thể 1.4 Ứng dụng biodiesel từ bã cà phê 10 1.5 Các phương pháp định tính định lượng bã dầu cà phê 11 1.5.1 Các phương pháp định tính 11 1.5.2 Các phương pháp định lượng 13 1.5.3 Một số tiêu quan trọng cho nguyên liệu 15 1.5.4 Một số tiêu kĩ thuật cho sản phẩm biodiesel 16 1.6 Các phương pháp tổng hợp biodiesel 17 1.6.1 Khuấy gia nhiệt nhiệt đồng thể 17 1.6.2 Nhiệt dị thể 18 ii 1.6.3 Sóng siêu âm 18 1.6.4 Vi sóng 19 1.6.5 Sử dụng môi trường ancol siêu tới hạn 19 1.6.6 Một số công nghệ sản xuất biodiesel thông dụng 19 1.7 Cơ chế cho phản ứng cho phản ứng trao đổi 23 1.7.1 Với xúc tác axít 23 1.7.2 Với xúc tác bazơ 25 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 27 2.1 Phương tiện nghiên cứu 27 2.1.1 Dụng cụ, thiết bị 27 2.1.2 Nguyên liệu 28 2.1.3 Hóa chất 30 2.2 Phương pháp nghiên cứu 30 2.2.1 Các tiêu cho nguyên liệu xử lý nguyên liệu 30 2.2.2 Phương pháp tổng hợp biodiesel 37 2.2.3 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng tranester hóa xúc tác KOH 39 2.2.4 Phương pháp xử lí số liệu 39 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 42 3.1 Kết q trình trích ly dầu cà phê dung môi n-hexan 42 3.1.1 Các thành phần axít béo có dầu cà phê 43 3.1.2 Chuẩn độ axít cho dầu cà phê 44 3.1.3 Tính độ nhớt động học dầu cà phê 44 3.1.4 Tính tỉ trọng dầu cà phê 44 3.1.5 Chuẩn độ xác định số xà phịng hóa 45 iii 3.1.6 Xác định hàm lượng nước có dầu cà phê 45 3.2 Q trình tranester hóa xúc tác KOH 48 3.2.1 Chuẩn độ axít cho sản phẩm biodiesel 49 3.2.2 Tính độ nhớt động học biodiesel 49 3.2.3 Chuẩn độ peroxit cho sản phẩm biodiesel 50 3.3 Kết khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng 51 3.3.1 Ảnh hưởng tỉ lệ mol methanol/dầu 51 3.3.2 Ảnh hưởng hàm lượng xúc tác KOH 52 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 iv DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Thông số loại xúc tác để tổng hợp biodiesel Bảng 1.2 So sánh điều kiện công nghệ xúc tác kiềm xúc tác enzyme 10 Bảng 1.3 Thành phần bã cà phê 11 Bảng 1.4 Thành phần axít béo có dầu cà phê 12 Bảng 2.1 Dụng cụ, thiết bị cần sử dụng nghiên cứu 27 Bảng 2.2 Các hóa chất dùng nghiên cứu 30 Bảng 2.3 Các điều kiện tối ưu cho phản ứng chuyển hóa axít béo tự 33 Bảng 3.1 Thành phần axít béo có dầu cà phê 43 Bảng 3.2 Kết chuẩn độ axít dầu cà phê 44 Bảng 3.3 Kết đo độ nhớt động học dầu cà phê 44 Bảng 3.4 Kết chuẩn độ xà phòng dầu cà phê 45 Bảng 3.5 Các tiêu chất lượng dầu phê 46 Bảng 3.6 Kết chuẩn độ axít giai đoạn ester hóa xúc tác H 2SO4 47 Bảng 3.7 Kết chuẩn độ axít biodiesel 49 Bảng 3.8 Kết đo độ nhớt động học biodiesel 49 Bảng 3.9 Kết chuẩn độ peroxit biodiesel 50 Bảng 3.10 Các tính chất hóa lý biodiesel từ bã cà phê 50 Bảng 3.11 Kết khảo sát tỉ lệ methanol/dầu đến hiệu suất phản ứng 51 Bảng 3.12 Kết khảo sát hàm lượng KOH đến hiệu suất phản ứng .52 Bảng 3.13 Thành phần biodiesel 53 Bảng 4.1 Các thông tối ưu cho phản ứng xảy 55 v DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Các nguồn nguyên liệu cho sản xuất biodiesel Hình 1.2 Phổ đồ HPLC dầu cà phê 12 Hình 1.3 Thiết bị trích ly Soxlet dung mơi hexan 13 Hình 1.4 Sơ đồ cho trình tận dụng nguồn nguyên liệu 20 Hình 1.5 Sơ đồ chung để tổng hợp biodiesel từ dầu thực vật 21 Hình 1.6 Sơ đồ sản xuất biodiesel theo cơng nghệ gián đoạn 22 Hình 1.7 Sơ đồ sản xuất biodiesel theo công nghệ liên tục 22 Hình 2.1 Hệ thống trích ly Soxlet để lấy dầu cà phê 28 Hình 2.2 Hệ thống tách dung môi n-hexan 28 Hình 2.3 Nguyên liệu 29 Hình 2.4 Bã cà phê thu 29 Hình 2.5 Sơ đồ khối q trình trích ly dầu cà phê thơ 31 Hình 2.6 Thiết bị phản ứng phản ứng tranester hóa xúc tác KOH 37 Hình 2.7 Sơ đồ khối phản ứng tranester hóa xúc tác bazo 38 Hình 3.1 Dầu cà phê để ngồi khơng khí để bay 42 Hình 3.2 Bã cà phê sau trích ly 42 Hình 3.3 Dầu cà phê giai đoạn ester hóa xúc tác H2SO4 47 Hình 3.4 Các chất cặn, sáp, axít béo đươc tách khỏi dầu 48 Hình 3.5 Biodiesel phân tách phễu chiết 48 Hình 3.6 Ảnh hưởng tỉ lệ mol methanol/dầu đến hiệu suất phản ứng .51 Hình 3.7 Ảnh hưởng KOH đến hiệu suất phản ứng 52 Hình 3.8 Phổ GC-MS biodiesel 53 vi TỪ VIẾT TẮT B100: không hổn nhiên liệu khơng pha thêm thành phần diesel JIS: Tiêu chuẩn công nghiệp Nhật Bản EN: Tiêu chuẩn Châu Âu ISO: Tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tế ASTM: Tiêu chuẩn theo hiệp hội ô tô Mỹ FAME: Thành phần axít béo rượu methanol CBDF: Coffe Bio Diesel Fatty GC-MS: Sắc kí khí vii Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2012-2016 Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu LỜI MỞ ĐẦU A Đặt vấn đề Ngày q trình cơng nghiệp hóa, đại hóa ngày phát triển đất nước ta vấn đề đáng mừng, làm giảm mệt nhọc người, sản phẩm làm phục vụ người ngày nhiều Song kèm theo vấn đề nhiễm mơi trường, biến đổi khí hậu như: khói thải nhà máy, khu cơng nghiệp, khí thải giao thơng Khí thải nguyên nhân trực tiếp gây biến đổi khí hậu, hiệu ứng nhà kính hàng loạt vấn đề môi trường Nhiều nỗ lực thực nhằm tìm kiếm nguồn lượng thay Trong đó, nguồn lượng quan tâm nhiên liệu sinh học (NLSH) Ðây nguồn lượng không cạn kiệt, mang lại nhiều lợi ích đảm bảo an ninh lượng đáp ứng u cầu mơi trường Ở Việt Nam có nhiều nghiên cứu nguồn nhiên liệu sạch, thân thiện với mơi trường từ nguồn ngun liệu có sẵn mà người ta hay bỏ như: mỡ cá tra, cá basa, dầu mỡ qua sử dụng, dầu tự hạt cao su, từ hạt jatropha, Ngồi ra, nước ta cịn nước xuất cà phê hàng đầu giới, nằm vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa nên cà phê phát triển tốt điều kiện này, kèm theo việc kinh doanh quán cà phê phát triển thành phố động, thủ phủ cà phê nên lượng tiêu thụ cà phê nhiều, bã cà phê từ nhiều lên Nắm bắt xu hướng để tận dụng nguồn nguyên liệu đem bỏ xin nghiên cứu đề tài “ Tổng hợp diesel sinh học từ bã cà phê” nhằm tìm hiểu yếu tố cần thiết để vào ứng dụng cho trình sản xuất diesel sinh học B Mục tiêu đề tài + Tận dụng lượng cà phê bỏ để làm nhiên liệu thân thiện với môi trường + Trích ly dung mơi khơng phân cực nhằm lấy thành phần có bã cà phê + Tìm hiểu thành phần hóa học, tính chất hóa lý dầu phê + Tìm hiểu thực phương pháp tổng hợp nên biodiesel từ bã phê Nghành Cơng Nghệ Kĩ Thuật Hóa Học Khoa Hóa Học Và CNTP Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2012-2016 Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu + Kiểm tra tính chất hóa lý biodiesel thành phẩm + Xác định thành phần có biodiesel thành phẩm phương pháp sắc kí ghép khối phổ (GC-MS) Nghành Cơng Nghệ Kĩ Thuật Hóa Học Khoa Hóa Học Và CNTP Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2012-2016 Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu CHƯƠNG TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 Diesel sinh học 1.1.1 Khái niệm Biodiesel hay diesel sinh học thuật ngữ dùng để loại nhiên liệu dùng cho động diesel sản xuất từ dầu thực vật mỡ động vật Biodiesel thường điều chế phản ứng transester chuyển đổi hay ester hóa triglyxerit, axít tự với rượu bậc no, đơn chức chứa từ – nguyên tử carbon Thông dụng hay dùng methanol Vì vậy, biodiesel xem ankyl ester, thông dụng metyl ester tạo thành từ dầu mỡ động, thực vật Các axít béo dầu, mỡ có số carbon tương đương với số phân tử có dầu diesel, cấu trúc mạch axít mạch thẳng nên có số xetan cao Đó lý để chọn dầu thực vật, mỡ động vật làm nguyên liệu sản xuất biodiesel [1,2] 1.1.2 Vai trò a Thay nguồn nhiên liệu hóa thạch ngày cạn dần b Giải vấn đề biến đổi khí hậu c Tăng cường an ninh lượng quốc gia d Tăng trưởng kinh tế cho đất nước 1.2 Các nguồn nguyên liệu để sản xuất diesel sinh học Kể từ động diesel phát minh nguyên liệu sử dụng dầu thực vật Nhưng nguyên liệu dầu thực vật không lựa chọn giá thành đắt so với diesel Nhưng phát triển nhanh tăng giá dầu mỏ hạn chế số lượng, nên nhiên liệu dầu thực vật quan tâm có thay cho nhiên liệu hóa thạch tương lai gần Dầu thực vật sử dụng cho trình phản ứng phải có số axít thấp mg KOH/g dầu Nhưng dầu thực vật thô dầu thải có nhiều tạp chất nên cần phải tinh chế để loại bỏ tạp chất, axít béo.[2] Nghành Cơng Nghệ Kĩ Thuật Hóa Học Khoa Hóa Học Và CNTP Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2012-2016 Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu 3.1.2 Chuẩn độ axít cho dầu cà phê Thực chuẩn độ với lần với KOH 0,1 N Ghi lại thể tích tiêu tốn Lấy giá trị trung bình Bảng 3.2 Kết chuẩn độ axít dầu cà phê Lần Khối lượng mẫu (g) Thể tích KOH 0,1 N tiêu tốn (ml) Chỉ số axít (AV) 0,540 0,900 9,350 0,530 1,000 10,585 0,533 1,000 10,525 Trung bình 0,534 0,967 10,153 Kết tính q trình chuẩn độ axít: WAV =10,153(mg KOH/g) Nhận xét: Ta thấy số axít dầu cà phê cao khơng thể dùng trực tiếp cho q trình tranester hóa Nên ta phải thực q trình ester hóa xúc tác axít để hạ số axít xuống (mg KOH/ g) 3.1.3 Tính độ nhớt động học dầu cà phê Thực đo mẫu với nhớt kế mao quản loại R Bảng 3.3 Kết đo độ nhớt động học dầu cà phê Hằng số nhớt kế,cSt 2 (mm /s ) 0,1 Thời gian đo, s Lần Lần 300,08 259,85 Trung bình 279,97 Kết đo độ nhớt động học dầu cà phê:   0,1.279,97  27,997 ( mm / s) 3.1.4 Tính tỉ trọng dầu cà phê Khối lượng dầu cà phê cân được: mdd 150( g) Thể tích đong được: Vdd 175( ml) Nghành Cơng Nghệ Kĩ Thuật Hóa Học 44 Khoa Hóa Học Và CNTP Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2012-2016 Ta có: D  m dd Vdd  150 Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu  0,8571( g / cm3 ) 175 3.1.5 Chuẩn độ xác định số xà phịng hóa Thực chuẩn độ lần với dung dịch HCl 0,5 N Ghi thể tích tiêu tốn Lấy giá trị trung bình Thể tích HCl 0,5 N tiêu tốn cho mẫu trắng 25,4 ml Bảng 3.4 Kết chuẩn độ xà phòng dầu cà phê Mẫu Dầu cà phê Lần Khối lượng mẫu (g) Thể tích HCl 0,5 N tiêu tốn (ml) Chỉ số xà phịng hóa 2,077 14,800 142,8984 2,000 14,600 151,2000 2,053 14,600 151,2000 Trung bình 2,043 14,667 147,0994 Kết số xà phịng hóa (SV): Is= 147,0994 (mmg KOH/g) 3.1.6 Xác định hàm lượng nước có dầu cà phê Khối lượng cốc dầu trước sấy m cèc =96,792(g) m cèc+dÇu =98,792(g) Khối lượng cốc dầu sau sấy hút ẩm m cèc+dÇu =98,278(g) Kết hàm lượng nước tính được: X  98, 278 - 96, 792  0, 7430(%tt) =743(mg/kg) 98, 792 - 96, 792 Nghành Công Nghệ Kĩ Thuật Hóa Học 45 Khoa Hóa Học Và CNTP Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2012-2016 Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Bảng 3.5 Các tiêu chất lượng dầu phê Chỉ tiêu Kết Tỉ trọng, g/cm Chỉ số axít, mgKOH/g 0,8571 18,0620 Chỉ số xà phịng hóa, mgKOH/g 147,0994 Hàm lượng nước, mg/kg 743 Độ nhớt động học 40 C, mm /s Chỉ số Iot, g I2/100g Màu sắc 27,997 56,807 Vàng đen Nhận xét: Chỉ số axit dầu cà phê thu cao (18,0620) nên dầu cà phê không đem transester hóa mà phải qua giai đoạn xử lý để đảm bảo yêu cầu Hàm lượng nước có dầu cao cao 0,5% nên phải thực trình sấy để làm bay nước Nước nguyên liệu tác nhân gây xà phịng hóa, thủy phân làm dịch chuyển cân Độ nhớt động học dầu cao nhiều so với dầu diesel Nó ảnh hưởng đến trình bơm phun nhiên liệu vào động Màu sắc cà phê thu có màu vàng đen không vàng giống nghiên cứu trước trình chế phin thành phần hịa tan hết nước nóng (sắc tố, caffeine…) chưa tách chiết cách triệt để Chỉ số iot dầu cà phê cao (56,807) chứng tỏ thành phần dầu cà phê có nhiều thành phần chưa no Các thành phần hợp chất khơng bền dễ bị oxy hóa tác nhân khách quan.Q trình ester hóa xúc tác H 2SO4 Sau thực q trình ester hóa sản phẩm phễu chiết chia làm pha Pha bao gồm: CH 3OH, H2SO4, tạp chất, nước Pha dầu chuyển axít béo dạng ester để đưa giảm số axít để làm nguyên liệu cho trình sau Trong trình phản ứng thêm nhiều axít H2SO4 sản phẩm bị tối màu Nghành Cơng Nghệ Kĩ Thuật Hóa Học 46 Khoa Hóa Học Và CNTP Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2012-2016 Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Hình 3.3 Dầu cà phê giai đoạn ester hóa xúc tác H2SO4 Chuẩn độ axít cho sản phẩm dầu cà phê qua giai đoạn 1: Thực chuẩn độ với lần với KOH 0,01N Ghi lại thể tích tiêu tốn Lấy giá trị trung bình Bảng 3.6 Kết chuẩn độ axít giai đoạn ester hóa xúc tác H2SO4 Lần Khối lượng mẫu (g) Thể tích KOH 0,01 N tiêu tốn (ml) Chỉ số axít (AV) 0,987 2,600 1,478 1,035 2,500 1,355 1,065 2,500 1,317 Trung bình 1,029 2,533 1,383 Kết thu chuẩn độ axít giai đoạn có: WAV 1,383 ( mgKOH / g) Nhận xét: chuẩn độ axít ta thấy số dầu hạ xuống (mg KOH/g) đạt yêu cầu cho giai đoạn Do dầu sau trích ly chất cặn, sáp, axít béo tự khơng tách giai đoạn chúng bị tách Nên nguyên liệu đảm bảo u cầu Nghành Cơng Nghệ Kĩ Thuật Hóa Học 47 Khoa Hóa Học Và CNTP Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2012-2016 Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Hình 3.4 Các chất cặn, sáp, axít béo đươc tách khỏi dầu 3.2 Q trình tranester hóa xúc tác KOH Sản phẩm sau thực phản ứng rót vào phễu chiết tách pha hình 3.5 Tiến hành chuẩn độ axít, chuẩn độ iot, đo độ nhớt động học 40 C, chuẩn độ peroxit Hình 3.5 Biodiesel phân tách phễu chiết Nghành Cơng Nghệ Kĩ Thuật Hóa Học 48 Khoa Hóa Học Và CNTP Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2012-2016 Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu 3.2.1 Chuẩn độ axít cho sản phẩm biodiesel Thực chuẩn độ với lần với KOH 0,01N Ghi lại thể tích tiêu tốn Lấy giá trị trung bình Bảng 3.7 Kết chuẩn độ axít biodiesel Lần Khối lượng Thể tích KOH 0,01 mẫu (g) N tiêu tốn (ml) Chỉ số axít (AV) 2,043 1,000 0,275 2,054 1,000 0,273 1,989 0,900 0,254 Trung bình 2,029 0,967 0,267 Kết chuẩn độ axít cho sản phẩm biodiesel là: WAV = 0,267 (mgKOH/g) 3.2.2 Tính độ nhớt động học biodiesel Thực đo mẫu với nhớt kế mao quản loại R Bảng 3.8 Kết đo độ nhớt động học biodiesel Thời gian đo, s Hằng số nhớt kế,cSt 2 (mm /s ) 0,1 Lần Lần 81,38 81,31 Trung bình 81,35 Kết đo độ nhớt động học dầu cà phê:   0,1.81,35  8,14( mm / s) Nghành Cơng Nghệ Kĩ Thuật Hóa Học 49 Khoa Hóa Học Và CNTP Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2012-2016 Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu 3.2.3 Chuẩn độ peroxit cho sản phẩm biodiesel Thực chuẩn độ dung dịch Na2S2O3 0,01 M Ghi lại thể tích tiêu tốn Lấy giá trị trung bình Thể tích Na2S2O3 0,1 M tiêu tốn cho mẫu trắng là: V=0,3 ml Bảng 3.9 Kết chuẩn độ peroxit biodiesel Lần Khối lượng mẫu (g) Thể tích Na2S2O3 0,01 N tiêu tốn cho mẫu thử (ml) Chỉ số peroxit (PV) 2,510 1,400 5,434 2,500 1,300 5,008 2,514 1,300 5,048 Trung bình 2,539 1,333 5,163 Mẫu Dầu cà phê Kết số peroxit (PV) biodiesel là: PV=5,163 (meq/kg) Bảng 3.10 Các tính chất hóa lý biodiesel từ bã cà phê Tính chất Giá trị Chỉ số axít, mgKOH/g 0,267 Độ nhớt động học 40 C, mm /s 8,140 Chỉ số Iot, g I2/100g Chỉ số peroxit, (meq/kg) 35,786 5,163 Chỉ số axít biodiesel thu đạt yêu cầu theo ASTM D6751-14214 có số axit (0,5 max) Chỉ số peroxit dầu thấp thành phần dầu cà phê có diện phần lớn chất chống oxi hóa tự nhiên mà số peroxit có liên quan đến số cetan Nhiên liệu bền oxi hóa số peroxit cao Nên việc lựa chọn nguyên liệu từ bã cà phê để sản xuất biodiesel điều cần thiết Nghành Cơng Nghệ Kĩ Thuật Hóa Học 50 Khoa Hóa Học Và CNTP Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2012-2016 Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu 3.3 Kết khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng 3.3.1 Ảnh hưởng tỉ lệ mol methanol/dầu Bảng 3.11 Kết khảo sát tỉ lệ methanol/dầu đến hiệu suất phản ứng Tỉ lệ mol methanol/dầu Khối lượng dầu phản ứng (g) Khối lượng biodiesel thực tế (g) Hiệu suất,% 4:1 20,027 9,770 48,600 5:1 20,064 10,074 50,133 6:1 20,697 13,533 65,078 7:1 20,093 12,133 60,100 8:1 20,015 10,8626 54,017 70 65,078 Hiệu suất,% 65 60,1 60 54,017 55 48,6 50 50,133 45 40 Tỉ lệ methanol/dầu Hình 3.6 Ảnh hưởng tỉ lệ mol methanol/dầu đến hiệu suất phản ứng Nhận xét: Theo lí thuyết phản ứng transester hóa xảy theo tỉ lệ mol 3:1 thực tế ta dùng tỉ lệ mol cao hình thành phản ứng diễn nhanh, để hình thành nên tách pha sản phẩm glyxerol.[13] Ta thấy hiệu suất phản ứng cao tỉ lệ mol methanol/dầu 6:1 đạt 65,078% Khi tỉ lệ mol cao hiệu suất có khuynh hướng giảm xuống CH 3OH đóng vai trị chất hoạt động bề mặt kéo glyxerol lại hệ phản ứng ngăn trình tách pha đồng thời nồng độ glyxerol tăng lên phản ứng thuận nghịch theo Nghành Công Nghệ Kĩ Thuật Hóa Học 51 Khoa Hóa Học Và CNTP Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2012-2016 Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu nguyên lý dịch chuyển cân Le Chatelier cân chuyển dịch theo chiều giảm nồng độ glyxerol xuống (chiều nghịch) nên hiệu suất giảm 3.3.2 Ảnh hưởng hàm lượng xúc tác KOH Bảng 3.12 Kết khảo sát hàm lượng KOH đến hiệu suất phản ứng Hàm lượng KOH,%kl Khối lượng dầu phản ứng (g) Khối lượng biodiesel thực tế (g) Hiệu suất,% 0,5 10,012 5,338 53,062 0,75 10,056 6,005 59,434 1,25 10,093 6,400 63,710 1,5 10,037 6,379 63,255 70 65,078 Hiệu suất,% 65 63,71 63,255 59,434 60 55 53,062 50 45 40 0,25 0,5 0,75 1,25 Nồng độ KOH,% 1,5 1,75 Hình 3.7 Ảnh hưởng KOH đến hiệu suất phản ứng Nhận xét: Ở nồng độ xúc tác KOH từ 0,5% đến 1% hiệu suất biodiesel tăng lên tiếp tục tăng hàm lượng xúc tác lên hiệu suất khơng tăng Hiệu suất cao nồng độ KOH 1% khối lượng, cao 1% có xà phịng tạo thành làm giảm hiệu suất thu sản phẩm Nếu dùng nhiều lượng KOH phản ứng nhanh chóng bị đặc lại lượng xà phòng tạo nhiều Nghành Cơng Nghệ Kĩ Thuật Hóa Học 52 Khoa Hóa Học Và CNTP Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2012-2016 Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Biodiesel thành phẩm phân tích Viện Khoa Học Vật Liệu Ứng Dụng Số Mạc Đĩnh Chi, phường Bến Nghé, Quận 1, TP Hồ Chí Minh thể Hình 3.8 Phổ GC-MS biodiesel Các peak phổ GC-MS tương ứng với thành phần có bảng 3.14 đây: Bảng 3.13 Thành phần biodiesel Phút Tên chất % khối lượng Khối lượng phân tử 18.14 Methyl tetradecanoate 0.36 242 24.19 Methyl palmitate 35.96 270 34.03 Methyl linoleate 32.15 294 34.51 Methyl oleate 21.35 296 34.70 Thành phần khác 2.52 36.05 Methyl stearate 5.99 298 39.58 Methyl eicosanoate 1.66 326 Nghành Cơng Nghệ Kĩ Thuật Hóa Học 53 Khoa Hóa Học Và CNTP Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2012-2016 Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Kết phân tích GC-MS biodiesel từ bã cà phê ta thu peak Thành phần chủ yếu biodiesel metyl ester axít béo no methyl palmitate ( C16:0) chiếm 35,96%, methyl tetradecanoate (15:0), methyl stearate (18:0) chiếm 5,99%, methyl eicosanoate (C21:0) chiếm 1,66% không no methyl linoleate (C18:2) chiếm khoảng 32,15 %, methyl oleate (C18:1) chiếm 21,35 %, thành phần không xác định chiếm hàm lượng 2,52% Nghành Cơng Nghệ Kĩ Thuật Hóa Học 54 Khoa Hóa Học Và CNTP Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2012-2016 Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ A.Kết luận Qua trình nghiên cứu chúng tơi đưa kết luận sau: Kết xác định tiêu kĩ thuật biodiesel từ dầu cà phê cho ta thấy thay dùng làm phân bón ta dùng chúng để sản xuất nên nhiên liệu cho động Trong phương pháp tổng hợp biodiesel áp dụng cho dầu có số axít cao phương pháp hai giai đoạn tối ưu Dầu cà phê từ bã cà phê với hiệu suất trích ly chất béo 20,6% tổng hợp CBDF từ dầu cà phê với hiệu suất 65,078 % quy mơ phịng thí nghiệm Qua q trình khảo sát điều kiện phản ứng ta có điều kiện thể bảng 4.1 Bảng 4.1 Các thông tối ưu cho phản ứng xảy Điều kiện phản ứng Thông số Hàm lượng xúc tác KOH,% so với khối lượng dầu Tỉ lệ methanol/dầu 6:1 Nhiệt độ cho phản ứng, C 60 B Kiến nghị Phát triển q trình trích ly bã cà phê hỗn hợp dung môi n-hexan iso proanol để đạt hiệu suất cao Bã thu việc dùng làm biodiesel ta dùng cho trình sản xuất bioethanol Bã cà phê sau trích ly chưa khơ hồn tồn nên thực q trình nâng nhiệt độ thu hồi dung mơi tận dụng cho q trình sau cách triệt để Dầu cà phê trích ly cịn sẫm màu nên tiếp tục nghiên cứu điều kiện nhằm làm sáng màu sản phẩm hạn chế trình oxy hóa Nghành Cơng Nghệ Kĩ Thuật Hóa Học 55 Khoa Hóa Học Và CNTP Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2012-2016 Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Phản ứng traneter hóa xúc tác KOH khơng thể tái sinh nhờ giải hấp nên thay xúc tác rắn nhằm hạn chế ô nhiễm môi trường Kiến nghị dùng xúc tác như: enzym, amberlyst15, KOH / Al2 O3 , Na / NaOH / Al2 O3 ,… cách ngâm tẩm tạo xúc tác Ngồi ra, cịn làm tăng hiệu suất biodiesel thu Lượng glyxerol thu sau phản ứng lớn nên có hướng nghiên cứu thu hồi, tinh chế chúng để phục vụ thí nghiệm sau Nghiên cứu tỉ lệ pha trộn biodiesel từ bã cà phê diesel truyền thống để thay đổi cấu động Nghành Công Nghệ Kĩ Thuật Hóa Học 56 Khoa Hóa Học Và CNTP Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2012-2016 Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Thị Thanh Hương (2001) Nghiên cứu tổng hợp biodiesel phản ứng ancol phân từ mỡ cá da trơn Đồng Bằng Sơng Cửu Long xúc tác axít bazơ Luận án Tiến sĩ kỹ thuật Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh [2] Đinh Thị Ngọ, Nguyễn Khánh Diệu Hồng (2008) Nhiên liệu trình xử lý hóa dầu Nhà xuất khoa học công nghệ [3] Trần Thị Thái Dương (2013).Tổng hợp biodiesel từ dầu ăn phế thải xúc tác dị thể CaO Đồ án tốt nghiệp Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu [4] Nguyễn Văn Đạt (2011) Tổng hợp diesel sinh học từ bã cà phê Tạp chí khoa học trường Đại Học Cần Thơ [5] Chu Thị Bích Phượng (2012) Nghiên cứu khả tách chiết dầu từ bã cà phê sử dụng bã cà phê làm chất trồng nấm linh chi Tạp chí sinh học trường Đại học Kỹ Thuật công nghệ TP Hồ Chí Minh [7] Hồ Thanh Tuyền( 2013) Tính tốn thiết kế hệ thống sản xuất biodiesel từ hạt cao su Đồ án mơn học q trình thiết bị [8] Mebrahtu Haile, Araya Asfaw, Nigist Asfaw (2013) Investigation of Waste Coffee Ground as a Potential Raw Material for Biodiesel Production International Iournal of Renewable Energy Research [9] Nídia S.Caetano, Vânia F.M Silvaac, Teresa M Matab (2012) Valorization of Coffee Grounds for Biodiesel Production Chemical Engineering Transaction [10] A.Deligiannis, A.Papazafeiropoulou, G.Anastopoulos, F Zannikos (2011) Waste Coffee Grounds as an Energy Feedstock National Technical University of Athens [11] G Georgogianni, M G Kontominas, E Tegou, D.Avlonitis and V Gergis (2007) Reaction and Process Parameters of Alkali-Catalyzed Transesterification of Waste Frying Oils Energy & Fuels Nghành Cơng Nghệ Kĩ Thuật Hóa Học 57 Khoa Hóa Học Và CNTP Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2012-2016 Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu [12] Mano Misra, Narasimharo Kondamudi, Susanta K.Mohapatra and Shiny E.John (2008) High Quality Biodiesel From Spent Coffee Ground University of Navada [13] Hideki Fukuda, Akihiko Kondo and Hideo Noda (2001) Biodiesel fuel production by transesterification of oils Bioscience and Bioengineering Nghành Cơng Nghệ Kĩ Thuật Hóa Học 58 Khoa Hóa Học Và CNTP ... phủ cà phê nên lượng tiêu thụ cà phê nhiều, bã cà phê từ nhiều lên Nắm bắt xu hướng để tận dụng nguồn nguyên liệu đem bỏ xin nghiên cứu đề tài “ Tổng hợp diesel sinh học từ bã cà phê? ?? nhằm tìm hiểu. .. diesel sinh học từ bã cà phê? ?? nhằm tìm hiểu yếu tố cần thiết để vào ứng dụng cho trình sản xuất diesel sinh học B Mục tiêu đề tài + Tận dụng lượng cà phê bỏ để làm nhiên liệu thân thiện với môi trường... phân cực nhằm lấy thành phần có bã cà phê + Tìm hiểu thành phần hóa học, tính chất hóa lý dầu phê + Tìm hiểu thực phương pháp tổng hợp nên biodiesel từ bã phê Nghành Cơng Nghệ Kĩ Thuật Hóa Học Khoa