Đang tải... (xem toàn văn)
Tổng hợp biodiesel bằng xúc tác từ vỏ quả Tucuma
BÁO CÁO GIỮA KÌ NHIÊN LIỆU MỚI Đề tài: TỔNG HỢP BIODIESEL SỬ DỤNG XÚC TÁC DỊ THỂ ĐIỀU CHẾ TỪ PHẦN VỎ CỦA TRÁI TUCUMA GVHD : HVTH : MSHV : LỚP : TS ĐỖ QUÝ DIỄM PHÙNG MINH TÂN 17112251 CHHO7B TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 03 NĂM 2019 1.GIỚI THIỆU Tucuma biết đến thuộc họ Arecaceae (cây cọ) Mỗi tucuma cho khoảng 50 kg năm Quả hạt giống sử dụng thực phẩm cho người động vật Bột từ có đặc tính dinh dưỡng cao, nguồn calo chủ yếu, cung cấp chất xơ, carotene (pro-vitamin A), lipid axit oleic Được dùng bánh sandwich, bột sắn dây bánh chế phẩm kem Việc tiêu thụ rộng rãi Tucuma tạo hàng chất thải dạng vỏ hạt năm Do đó, mục đích nghiên cứu sử dụng vỏ Tucuma chất xúc tác dị thể hiệu quả, chi phí thấp khả thi để tổng hợp diesel sinh học từ dầu đậu nành 2.THỰC NGHIỆM – Hóa chất: Methanol (Merck), n-hexane PA, dầu đậu nành, CDCl 3, – natri clorua magiê sunfat khan Nguyên liệu: Vỏ trái tucuma thu gom sau rửa sạch, sấy 80oC 24h, sau nung 800oC 4h Tạo thành xúc – tác dị thể cho trình tổng hợp biodiesel (CTPAC) Các phương pháp phân tích hóa lý sử dụng IR, XRD, BET, – TGA, NMR Năng lượng hoạt hóa phản ứng: Với k số tốc độ phản ứng (min-1) X độ chuyển hóa dầu thành biodiesel theo thời gian t k0 số tốc độ gốc T nhiệt độ phản ứng R = 8,314 x 10-3 J.K-1.mol-1 3.KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 3.1 Nghiên cứu xúc tác 3.1.1 Kết IR Phân tích tucuma khô vỏ cho thấy diện CH nhóm CH3 CH2 (2854 2924 cm-1), biến dạng góc -CH3 (1400 cm-1) kéo dài không đối xứng liên kết C-O-C (1235 cm -1) Phổ hồng ngoại CTPAC cho thấy diện dải đặc trưng khoảng 550 700 cm-1 dải 1000 1107 cm-1, tương ứng với phốt phát silicat Cũng nhận thấy diện dải đặc trưng cacbonat (1790, 1385 712 cm -1), dải 1385 cm-1 đại diện K2CO3 Tại 864 cm-1 đặc trưng rung động cô lập SiO4 CaMgSiO4 tương tác với Ca 2+ Mg2+ Các dải quan sát 3100 1670 cm-1 tương ứng với hấp phụ nước Hình 1: Phổ FT-IR vỏ tucuma khô sau nung 3.1.2 Kết XRF CTPAC chủ yếu bao gồm K, P, Ca Mg Tỷ lệ cao nguyên tố kiềm (88% khối lượng) phù hợp làm xúc tác dị thể cho phản ứng transester Các yếu tố quan sát thành phần CTPAC cacbonat, phốt phát silicat (vì có tỷ lệ P Si cao), chứng thực phân tích FT-IR XRD Hình 2: Kết phân tích XRF 3.1.3 Kết XRD Kali (K) nguyên tố dạng kali clorua (KCl) kali cacbonat (K2CO3), chiếm 63% khối lượng nguyên tố quan sát thấy CTPAC Trong phổ FT-IR, quan sát thấy dải 1448 cm-1 đặc trưng cacbonat (CO3 2-) Ngoài ra, XRD diện P Ca CTPAC canxi photphat (Ca3(PO4)2) Hình 3: Phổ XRD xúc tác 3.1.4 Kết BET Diện tích bề mặt chất xúc tác liên kết trực tiếp với tâm hoạt động xúc tác Phương pháp hấp phụ, giải hấp N xử lý liệu theo phương trình Brunauer - Emmett - Teller (BET) thu diện tích bề mặt chất xúc tác 1,0 m2.g-1 3.1.5 Kết TGA Theo TGA-DTA, khối lượng giảm 19% cách tăng nhiệt độ từ 40 lên 800oC Ở nhiệt độ sử dụng phản ứng transester hóa (40, 60 80oC), CTPAC thể tính ổn định nhiệt tốt Khối lượng giảm rõ rệt xảy từ 40 đến 130 oC, liên quan đến nước hấp phụ, chứng minh phân tích FT-IR XRD Việc giảm khối lượng khoảng từ 500 đến 800 oC liên quan đến phân hủy vật liệu carbonate, giải phóng CO CO2 Hình khơng có hình thành hydroxit trình lưu trữ chất xúc tác, khơng có giảm khối lượng 400oC Hình 4: Phổ TGA/DTA xúc tác CTPAC 3.1.6 Kết độ kiềm hòa tan Độ kiềm hòa tan CTPAC 3,71 ± 0,12 mmol.g -1 Độ kiềm cao thể nồng độ cao kim loại kiềm, thực tế hợp chất kiềm K2CO3 hòa tan nước, hợp chất chủ yếu quan sát chất xúc tác CTPAC phân tích FTIR XRD 3.2 Đánh giá hoạt tính xúc tác phản ứng tổng hợp biodiesel 3.2.1 Lượng xúc tác sử dụng Để có tỷ lệ chuyển hóa cao cách sử dụng lượng chất xúc tác nhỏ nhất, ta dùng xúc tác CTPAC 1, 10% Tỷ lệ mol metanol: dầu 15: phản ứng thực 80oC Chuyển hóa dầu đậu nành tính quang phổ 1H-NMR sau thời gian phản ứng Hình 5: Khảo sát lượng xúc tác sử dụng Q trình transester khơng xảy mà khơng có chất xúc tác 1% chất xúc tác đủ để đạt chuyển hóa 97,3% 3.2.2 Thời gian phản ứng Để có tỷ lệ chuyển hóa cao cách sử dụng lượng chất xúc tác nhỏ nhất, ta dùng xúc tác CTPAC 5% Tỷ lệ mol metanol: dầu 15: phản ứng thực 80 oC Chuyển hóa dầu đậu nành tính quang phổ 1H-NMR sau thời gian 1, 2, 3, phản ứng Trong phản ứng, tỷ lệ chất xúc tác tăng từ đến 5%, chuyển hóa tăng từ 62,5 lên 95,7%, cho thấy việc tăng lượng xúc tác dẫn đến tỷ lệ chuyển hóa cao thời gian phản ứng ngắn Trong phản ứng, tỷ lệ chuyển hóa cho 5% lượng xúc tác khoảng 97% Hình 6: Khảo sát thời gian phản ứng 3.2.3 Tỷ lệ tác chất Để có hoạt tính cao chất xúc tác chuyển hóa diesel sinh học từ dầu đậu nành cao hơn, ta thay đổi tỷ lệ mol metanol: dầu 10:1, 15:1 20:1 Hình 7: Khảo sát tỷ lệ methanol:dầu Khi thay đổi tỷ lệ mol từ 10:1 lên 15:1 chuyển hóa tăng 10,3% Việc sử dụng tỷ lệ lên 20:1 làm giảm tương tác chất phản ứng chất xúc tác hàm lượng bị pha loãng 10 3.2.4 Nhiệt độ phản ứng Để quan sát ảnh hưởng thông số đến phản ứng transester, thử nghiệm thực 40, 60 80 oC Hình 8: Khảo sát nhiệt độ phản ứng Khi nhiệt độ tăng, chuyển hóa biodiesel tăng từ 28,9% lên 97,3% 20 80oC 3.3 Kiểm tra hoạt tính xúc tác điều kiện thường Hoạt tính xúc tác CTPAC thử nghiệm phản ứng transester dầu đậu nành điều kiện thường (22 ± oC atm), sử dụng lượng xúc tác 5% so với dầu đậu nành Khả hoạt động cao CTPAC quan sát thấy điều kiện thường Trong phản ứng, sử dụng 5% chất xúc tác, thu chuyển hóa 80% tăng lên 96% 48 phản ứng 11 Hình 9: Kiểm tra hoạt tính xúc tác điều kiện thường 3.4 Sự chọn lọc xúc tác Hình 10 khơng có thay đổi đáng kể nồng độ nguyên tố biodiesel tổng hợp 5% 10% lượng xúc tác, xác nhận tính chất xúc tác dị thể, kích hoạt làm tăng độ chuyển hóa biodiesel, khơng phản ứng trực tiếp với tác chất tham gia phản ứng Nồng độ nhơm (Al) cao sau giảm sử dụng 10% xúc tác, điều kim loại kết hợp với chất xúc tác 12 Hình 10: Thành phần chất có xúc tác, dầu biodiesel 3.5 Khả tái sử dụng xúc tác Quá trình nung nhiệt độ cao thúc đẩy q trình thiêu kết khống nhỏ nghiên cứu q trình vơi hóa ngăn chặn q trình lọc kali, làm tăng trình tái sử dụng chất xúc tác Hình 11 cho thấy chuyển hóa biodiesel tái sử dụng xúc tác Khả tái sử dụng chất xúc tác lần, chuyển hóa đạt 80% (hoạt động xúc tác giảm 17%) giảm xuống 60% lần tái sử dụng thứ năm 13 Hình 11: Độ tái sử dụng xúc tác 3.6 Năng lượng hoạt hóa Chất xúc tác hoạt động cách giảm lượng hoạt hóa để phản ứng dễ xảy Bằng cách thay đổi nhiệt độ mơi trường phản ứng, từ tính số phản ứng nhiệt độ, thu lượng hoạt hóa (Ea) phản ứng transester dầu đậu nành xúc tác CTPAC (Hình 12) Hình 12: Phương trình Arrhenius ln k với 1/T Nhiệt độ 25, 40, 60 80oC 4.KẾT LUẬN 14 Nghiên cứu tổng hợp chất xúc dị thể có nguồn gốc từ vỏ trái tucuma, thành phần chủ yếu bao gồm K, P, Ca Mg Chỉ sử dụng 1% CTPAC mang lại chuyển hóa biodiesel cao 97% Ngồi ra, tái sử dụng CTPAC bốn lần, hoạt động xúc tác giảm 17% Hơn nữa, 5% chất xúc tác mang lại tỷ lệ chuyển đổi 80% điều kiện thường Do đó, nghiên cứu tạo chất xúc tác dị thể hiệu giá rẻ từ vỏ trái tucuma, mang lại hướng xử lý cho chất thải dạng vỏ tucuma 15 ...TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 03 NĂM 2019 1.GIỚI THIỆU Tucuma biết đến thuộc họ Arecaceae (cây cọ) Mỗi tucuma cho khoảng 50 kg năm Quả hạt giống sử dụng thực phẩm cho người động... sandwich, bột sắn dây bánh chế phẩm kem Việc tiêu thụ rộng rãi Tucuma tạo hàng chất thải dạng vỏ hạt năm Do đó, mục đích nghiên cứu sử dụng vỏ Tucuma chất xúc tác dị thể hiệu quả, chi phí thấp khả thi... thường Do đó, nghiên cứu tạo chất xúc tác dị thể hiệu giá rẻ từ vỏ trái tucuma, mang lại hướng xử lý cho chất thải dạng vỏ tucuma 15