Bài viết nghiên cứu điều chế thành công xúc tác Canxi oxit (CaO) từ nguồn nguyên liệu phế phẩm như: vỏ trứng gà, vỏ sò, san hô, xương heo và được sử dụng như một chất xúc tác dị thể cho phản ứng chuyển vị ester tạo ra Biodiesel từ dầu ăn đã qua sử dụng và methanol.
>> HOẠT ĐỘNG NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ĐỊA PHƯƠNG ĐIỀU CHẾ XÚC TÁC DỊ THỂ CAO TỪ NGUỒN NGUYÊN LIỆU PHẾ PHẨM VÀ ỨNG DỤNG LÀM XÚC TÁC CHO PHẢN ỨNG TỔNG HỢP NHIÊN LIỆU SINH HỌC (BIODIESEL) Tóm tắt: Trong nghiên cứu này, nghiên cứu điều chế thành công xúc tác Canxi oxit (CaO) từ nguồn nguyên liệu phế phẩm như: vỏ trứng gà, vỏ sò, san hô, xương heo sử dụng chất xúc tác dị thể cho phản ứng chuyển vị ester tạo Biodiesel từ dầu ăn qua sử dụng methanol Kết cho thấy hiệu suất thu hồi sản phẩm Biodiesel (B.O) vỏ trứng gà 90%, vỏ sị 88%, san hơ 85%, xương heo 75% Với CaO điều chế từ vỏ trứng gà cho hiệu suất thu hồi B.O cao Sản phẩm B.O tổng hợp nghiên cứu có đặc tính kỹ thuật tương tự dầu Diesel (DO) nhiên liệu sinh học B.O thương mại hóa Từ khóa: biodiesel, nhiên liệu sinh học, xúc tác dị thể, nguyên liệu phế thải, phản ứng chuyển vị ester I ĐẶT VẤN ĐỀ Biodiesel nguồn lượng sinh học có tiềm phát triển lớn thay cho nguồn nhiên liệu hóa thạch (dầu mỏ, than, khí đốt,…) ngày cạn kiệt dần Trên giới Việt Nam có nhiều nghiên cứu tổng hợp, sản xuất biodiesel từ nguồn nguyên liệu có sẵn như: dầu đậu nành, dầu hạt cao su, mỡ cá,… sử dụng hệ xúc tác khác thu kết tốt[1,3,4] Việc tận dụng nguồn dầu ăn qua sử dụng làm nguyên liệu loại phế phẩm vỏ trứng gà, vỏ sị, san hơ, xương heo,… làm xúc tác cho phản ứng tổng hợp biodiesel có ý nghĩa thực tế lớn, khơng đem lại hiệu kinh tế cao nguồn nguyên liệu có trữ lượng tương đối lớn, chi phí đầu tư thấp; mà cịn góp || Võ Nhị Kiều || Lê Thúy Vân || Tống Thị Minh Thu Viện Kỹ thuật – Kinh tế biển, Trường Đại học BR-VT phần giải vấn đề ô nhiễm môi trường gây từ nguyên liệu sau sử dụng Đặc biệt, Thành phố Vũng Tàu có nhiều nhà hàng, quán ăn dễ dàng tìm thấy nguồn nguyên liệu II ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Nguyên vật liệu - Nguyên liệu: Dầu ăn phế thải thu mua từ nhà hàng, quán ăn thành phố Vũng Tàu - Chất xúc tác CaO nung từ nguồn nguyên liệu phế phẩm thu mua từ nhà hàng, quán ăn thành phố Vũng Tàu - Các hóa chất: Methanol 95%, Etyl Acetate 95%, Hexan 95%, Petroleum ether 60-90, Clorofom 95%, Acetoncôngnghiệp, TLC Silicagel 60 F254, silicagel60 (0,063-0,2 mm) 2.2 Điều chế xúc tác CaO từ CaCO3 từ nguồn nguyên liệu phế phẩm Xúc tác rắn CaO điều chế từ nguồn nguyên liệu phế phẩm như: vỏ trứng gà, vỏ sị, san hơ, xương heo,… cách rửa loại vỏ nước để loại bỏ chất bẩn bám vỏ Sau đó sấy khô đem nung nhiệt độ 800 950oC, với nhiệt độ dioxit cacbon loại bỏ theo phản ứng hóa học khơng thuận nghịch sau: CaCO3 10 > ĐẶC SAN THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ 800-950 oC CaO + CO2 HOẠT ĐỘNG NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ĐỊA PHƯƠNG > HOẠT ĐỘNG NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ĐỊA PHƯƠNG Hình 3: Phổ XRD mẫu xúc tác CaO Hình 4: Hình ảnh phổ IR mẫu xúc tác CaO đáp ứng vai trò xúc tác phản ứng tổng hợp Biodiesel Kết đo BET mẫu xúc tác nung từ vỏ trứng 950oC cho kết diện tích bề mặt 4.361 m2/g Với diện tích bề mặt lớn so với diện tích bề mặt mẫu CaO thương mại thị trường 3.0022 m2/g, mẫu xúc tác CaO nung từ vỏ trứng nhiệt độ 950oC có khả xúc tác tốt cho phản ứng tổng hợp Biodiesel.[3] Phổ XRD sau chụp mẫu CaO điều chế từ vỏ trứng thể qua hình Theo kết phổ XRD mẫu vỏ trứng thành phần chủ yếu gồm có CaO, Ca(OH)2 CaCO3 Các peak đặc trưng CaO xuất hình với kí hiệu hình elip, cụ thể peak xuất vị trí: 28o, 32o, 38o, 54o, 63o, 64o[7],[2] Ca(OH)2 xuất môi trường bảo quản bị ẩm, xuất peak CaCO3 nhiệt phân chưa diễn hoàn tồn CaO hấp phụ CO2 khơng khí tạo thành CaCO3 chiếm phần nhỏ Qua kết nhóm chức xuất phổ ta thấy mẫu xúc tác Cao nung từ vỏ trứng gà có độ cao thành phần chủ yếu CaO[7],[4] Phổ hồng ngoại IR xúc tác CaO thể qua hình Quan sát hình ta thấy peak 3643.15 cm-1 peak đặc trưng cho xuất Ca(OH)2[3] Có thể trình bảo quản mẫu, nước khơng khí tác dụng với CaO nên xuất peak Ca(OH)2 vị trí Peak vị trí 1418.41, 1060.78 cm-1 peak đặc trưng CaCO3[7],[5] Nguyên nhân hình thành CaCO3 phần mẫu CaO bị vơi hóa, phần có thể CaCO3 mẫu vỏ trứng chưa nhiệt phân hoàn toàn nên xuất peak vị trí Tại peak 875.42 cm-1 xuất peak đặc trưng CaO CaCO3 vỏ trứng gà nhiệt phân tạo thành[4],[5] 3.3 Khảo sát điều kiện ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng tổng hợp Biodiesel Sau điều chế kiểm tra tính chất xúc tác, chúng tơi tiến hành khảo sát điều kiện ảnh hưởng đến phản ứng tổng hợp B.O điều kiện sau: Khối lượng dầu ăn phế thải qua xử lý 10 g; Tỷ lệ methanol/nguyên liệu khảo sát từ 3/1 đến 15/1; Hàm lượng xúc tác sử dụng cho phản ứng khảo sát từ 3%, 5%, 7%, 10%, 12%, 15%; Thời gian phản ứng khảo sát khoảng từ đến giờ; Thời gian châm mẫu khảo sát từ 30 phút, 60 phút, 90 phút 120 phút Kết cho thấy hiệu suất thu hồi B.O cao 87% điều kiện tỷ lệ mol methanol/nguyên liệu 10/1, hàm lượng xúc tác7% nguyên liệu, thời gian phản ứng giờ, nhiệt độ 60oC, thời gian châm mẫu 3.4 So sánh sản phẩm B.O sử dụng xúc tác CaO nung từ vỏ trứng gà với xúc tác CaO thương mại Sau chọn điều kiện tối ưu, tiến hành khảo sát lại cách cho chạy phản ứng sử dụng xúc tác CaO thương mại sử dụng nguyên liệu dầu ăn thương mại đạt kết bảng STT 12 > ĐẶC SAN THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ Bảng 3: Bảng so sánh kết Nguyên liệu Xúc tác Hiệu suất (%) Vỏ trứng Dầu ăn thải 87 nung 950oC Dầu ăn CaO thương 86 thương mại mại Dầu ăn Vỏ trứng 87 thương mại nung 950oC HOẠT ĐỘNG NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ĐỊA PHƯƠNG