Nghiên cứu xúc tác base rắn trong tổng hợp biodiesel ở điều kiện nhiệt độ cao

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  o0o  NGUYỄN HỒNG THÁI NGHIÊN CỨU XÚC TÁC BASE RẮN TRONG TỔNG HỢP BIODIESEL Ở ĐIỀU KIỆN NHIỆT ĐỘ CAO CHUN NGÀNH: CƠNG NGHỆ HĨA HỌC MÃ SỐ CHUYÊN NGÀNH: 60.52.75 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2013 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  o0o NGUYỄN HỒNG THÁI NGHIÊN CỨU XÚC TÁC BASE RẮN TRONG TỔNG HỢP BIODIESEL Ở ĐIỀU KIỆN NHIỆT ĐỘ CAO CHUN NGÀNH: CƠNG NGHỆ HĨA HỌC MÃ SỐ CHUN NGÀNH: 60.52.75 LUẬN VĂN THẠC SĨ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN QUANG LONG TP HỒ CHÍ MINH - NĂM 2013 Luận văn thạc sỹ cơng nghệ hóa học GVHD Nguyễn Quang Long CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -ĐHQG -HCM Cán hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN QUANG LONG Cán chấm nhận xét : PGs TS NGUYỄN NGỌC HẠNH Cán chấm nhận xét : TS TRƯƠNG CHÍ THÀNH Luận văn thạc sĩ bảo vệ Khoa Công nghệ, Trường Đại học Cần Thơ , ngày 18 tháng 01 năm 2014 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) Chủ tịch: PGs TS PHẠM THÀNH QUÂN Thư ký: PGS TS LÊ THỊ HỒNG NHAN Phản biện 1: PGS TS NGUYỄN THỊ NGỌC HẠNH Phản biện 2: TS TRƯƠNG CHÍ THÀNH Ủy viên: TS NGUYỄN QUANG LONG Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG HVTH Nguyễn Hồng Thái TRƯỞNG KHOA i Luận văn thạc sỹ công nghệ hóa học GVHD Nguyễn Quang Long ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự – Hạnh phúc TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN HỒNG THÁI MSHV: 11884213 Nơi sinh: xã Thạnh Xuân, Châu Thành A, Hậu Giang Ngày sinh: 11/01/1988 Chun ngành: CƠNG NGHỆ HĨA HỌC Mã số : 60.52.75 I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU XÚC TÁC BASE RẮN TRONG TỔNG HỢP BIODIESEL Ở ĐIỀU KIỆN NHIỆT ĐỘ CAO II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Tổng hợp xúc tác CaO/bentonite - Phân tích đặc trưng vật liệu thu - Khảo sát khả ứng dụng xúc tác base rắn tổng hợp biodiesel điều kiện nhiệt độ cao III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 21/1/2013 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 20/12/2013 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS NGUYỄN QUANG LONG Tp HCM, ngày tháng năm 20 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên chữ ký) TRƯỞNG KHOA. (Họ tên chữ ký) Ghi chú: Học viên phải đóng tờ nhiệm vụ vào trang tập thuyết minh LV HVTH Nguyễn Hồng Thái ii Luận văn thạc sỹ cơng nghệ hóa học GVHD Nguyễn Quang Long LỜI CÁM ƠN Sau thời gian gần hai năm học tập mái trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh, kiến thức mà tơi có từ dạy dỗ thầy làm cho tơi có đủ tự tin chuyên môn công việc Lời đầu tiên, xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Nguyễn Quang Long, khoa Kỹ thuật Hóa học trường Đại Học Bách Khoa, cô Nguyễn Thị Thu Thủy, khoa Sư Phạm trường Đại Học Cần Thơ Thầy cô giúp đỡ nhiều thời gian qua, thầy cô tạo điều kiện tốt để tơi nghiên cứu khoa học; tận tình giúp đỡ, dìu dắt tơi suốt q trình thực luận văn tốt nghiệp này, chia khó khăn suốt q trình nghiên cứu Tơi kính chúc thầy cô thật nhiều sức khỏe để tiếp tục nghiệp trồng người mình, đào tạo nhiều nhân tài phục vụ cho quê hương, đất nước gặt hái nhiều thành công công việc sống Cho gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Ngô Quốc Luân, mơn Sư phạm Hóa học trường Đại Học Cần Thơ, thầy giúp đỡ nhiều suốt trình thực luận văn tốt nghiệp Tơi cảm ơn động viên, giúp đỡ chia sẻ khó khăn bạn lớp trình thực luận văn Tp Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 12 năm 2013 Học viên Nguyễn Hồng Thái HVTH Nguyễn Hồng Thái iii Luận văn thạc sỹ công nghệ hóa học GVHD Nguyễn Quang Long TĨM TẮT Trong nghiên cứu này, tiến hành điều chế xúc tác base rắn bentonite phương pháp tẩm, phân tích đặc trưng xúc tác thu ứng dụng làm xúc tác cho phản ứng tổng hợp biodiesel từ dầu hạt cao su qua hai giai đoạn điều kiện nhiệt độ cao Chúng khảo sát yếu tố trình phản ứng như: lựa chọn xúc tác thích hợp, thời gian tẩm xúc tác, hàm lượng xúc tác, tỉ lệ thể tích methanol/dầu, nhiệt độ phản ứng, thời gian phản ứng, khả tái sử dụng xúc tác Hiệu suất chuyển hóa tạo methyl este đạt 90% phản ứng thực với hàm lượng xúc tác 40% , nhiệt độ phản ứng 900C, sau với tỉ lệ thể tích methanol/dầu 2.5/1 Sản phẩm biodiesel thu đem phân tích xác định tiêu như: độ nhớt 400C, số acid xác định hiệu suất phản ứng Từ khóa: dầu hạt cao su, biodiesel, xúc tác acid rắn HVTH Nguyễn Hồng Thái iv Luận văn thạc sỹ cơng nghệ hóa học GVHD Nguyễn Quang Long ABSTRACT In this study, solid base catalysts based on bentonite particles have been prepared by impregnation method, analyzed the characteristics of the catalyst obtained and the materials were used as catalysts for biodiesel synthesis reaction from rubber seed oil at high-temperature conditions The effects of preparation conditions and reaction parameters such as appropriate choice of catalyst, catalyst impregnation time, catalyst’s amount were investigated, methanol-to-oil ratio, reaction temperature, reaction time, the ability to reuse catalyst The fatty acid methyl este yield obtained reach 90% when the reaction was performed with a catalyst’s amount were investigated of 40 %wt at 90°C for hours with methanol-to-oil ratio of 2.5/1 volume The produced biodiesel was analyzed for determination of viscosity at 400C, acidic value, and reaction efficiency Keyword: rubber seed oil, biodiesel, solid acid catalysts HVTH Nguyễn Hồng Thái v Luận văn thạc sỹ cơng nghệ hóa học GVHD Nguyễn Quang Long LỜI CAM ĐOAN Tên Nguyễn Hồng Thái, học viên cao học lớp Cơng Nghệ Hóa Học K3, khố 2011-2013 Tơi xin cam đoan luận văn thạc sĩ ''Nghiên cứu xúc tác base rắn tổng hợp biodiesel điều kiện nhiệt độ cao'' công trình nghiên cứu riêng tơi, số liệu nghiên cứu thu từ thực nghiệm không chép Tôi xin chịu trách nhiệm nghiên cứu Tp Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 12 năm 2013 Học viên Nguyễn Hồng Thái HVTH Nguyễn Hồng Thái vi Luận văn thạc sỹ cơng nghệ hóa học GVHD Nguyễn Quang Long DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Dự báo nhu cầu nhiên liệu xăng dầu đến năm 2020 Bảng 2.2 Cân đối nhiên liệu xăng, diesel đến 2020 Bảng 2.3 Chỉ tiêu đánh giá chất lượng nhiên liệu diesel theo ASTM Bảng 2.4 Chỉ tiêu đánh giá chất lượng biodiesel theo ASTM D 6751 10 Bảng 2.5 So sánh tính chất nhiên liệu diesel khống với biodiesel 10 Bảng 2.6 Sản lượng biodiesel nước châu Âu năm 2004 11 Bảng 2.7 Tính chất hóa lý dầu hạt cao su 13 Bảng 2.8 Thành phần axit béo dầu hạt cao su 14 Bảng 2.9 Các công đoạn chiết dầu từ hạt cao su 16 Bảng 3.1 Các điều kiện tiến hành tạo viên 35 Bảng 3.2 Các điều kiện tiến hành nung 35 Bảng 4.1 Các hệ xúc tác điều chế dùng để chọn xúc tác phù hợp 47 Bảng 4.2 Các hệ xúc tác điều chế để khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng .48 Bảng 4.3 Kết khảo sát tiêu hóa lý dầu hạt cao su nguyên liệu 51 Bảng 4.4 Kết khảo sát tiêu hóa lý sản phẩm ester hóa 52 Bảng 4.5 Kết khảo sát lựa chọn xúc tác 53 Bảng 4.6 Kết khảo sát ảnh hưởng hàm lượng xúc tác chất mang 54 Bảng 4.7 Kết khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ 56 Bảng 4.8 Kết khảo sát thời gian ảnh hưởng đến phản ứng 58 Bảng 4.9 Kết khảo sát tỉ lệ chất xúc tác dầu 60 Bảng 4.10 Kết khảo sát tỉ lệ methanol/dầu đến phản ứng 62 Bảng 4.11 Hàm lượng methyl ester có sản phẩm biodiesel 64 Bảng 4.12 Các thành phần khác có mẫu sản phẩm biodiesel 65 Bảng 4.13 Kết khảo sát khả tái sinh xúc tác 66 HVTH Nguyễn Hồng Thái vii Luận văn thạc sỹ cơng nghệ hóa học GVHD Nguyễn Quang Long DANH MỤC HÌNH Hình 2.1 Cây cao su 11 Hình 2.2 Hạt cao su 13 Hình 2.3 Sắc ký đồ mẫu dầu cao su (nguyên liệu DHCS) 14 Hình 2.4 Cấu trúc montmorilonit 21 Hình 2.5 Sơ đồ mơ tả trình điều chế La3+-MMT 25 Hình 3.1 Sơ đồ nội dung nghiên cứu 31 Hình 3.2 Lị sấy xúc tác dịng khí N2 33 Hình 3.3 Thiết bị cho phản ứng tổng hợp biodiesel điều kiện nhiệt độ cao 33 Hình 3.4 Máy quay tạo viên .34 Hình 3.5 Quy trình biến tính bentonite 35 Hình 3.6 Hiện tượng nhiễu xạ tia X mặt tinh thể chất 37 Hình 3.7 Sơ đồ chiết sản phẩm 43 Hình 4.1 Xúc tác viên bentonite biến tính 47 Hình 4.2 SEM mẫu bentonite 48 Hình 4.3 Mẫu SEM CaO/bentonite 49 Hình 4.4 XRD mẫu bentonite 50 Hình 4.5 XRD mẫu CaO .50 Hình 4.6 XRD mẫu CaO/bentonite 20% 51 Hình 4.7 Ảnh hưởng hàm lượng xúc tác chất mang đến độ nhớt 54 Hình 4.8 Ảnh hưởng hàm lượng xúc tác chất mang đến số acid 55 Hình 4.9 Ảnh hưởng hàm lượng xúc tác chất mang đến hiệu suất phản ứng 55 Hình 4.10 Ảnh hưởng nhiệt độ đến độ nhớt 56 Hình 4.11 Ảnh hưởng nhiệt độ đến số acid 57 Hình 4.12 Ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu suất phản ứng 57 Hình 4.13 Ảnh hưởng thời gian phản ứng đến độ nhớt 58 Hình 4.14 Ảnh hưởng thời gian phản ứng đến số acid .59 Hình 4.15 Ảnh hưởng thời gian phản ứng đến hiệu suất 59 Hình 4.16 Ảnh hưởng tỉ lệ chất xúc tác đến độ nhớt 60 HVTH Nguyễn Hồng Thái viii Luận văn thạc sỹ cơng nghệ hóa học GVHD Nguyễn Quang Long Hình 5.5: Kết XRD mẫu CaO sau nung 700oC – HVTH Nguyễn Hồng Thái 78 Luận văn thạc sỹ cơng nghệ hóa học GVHD Nguyễn Quang Long Phụ lục 4: Kết XRD mẫu xúc tác CaO/bentonite Hình 5.6: Kết XRD mẫu xúc tác CaO/bentonite – HVTH Nguyễn Hồng Thái 79 Luận văn thạc sỹ cơng nghệ hóa học GVHD Nguyễn Quang Long Hình 5.7: Kết XRD mẫu xúc tác CaO/bentonite - HVTH Nguyễn Hồng Thái 80 Luận văn thạc sỹ cơng nghệ hóa học GVHD Nguyễn Quang Long Phụ lục 5: Kết XRD mẫu bentonite viên Hình 5.8: Kết XRD mẫu bentonite viên - HVTH Nguyễn Hồng Thái 81 Luận văn thạc sỹ cơng nghệ hóa học GVHD Nguyễn Quang Long Hình 5.9: Kết XRD mẫu bentonite viên - HVTH Nguyễn Hồng Thái 82 Luận văn thạc sỹ công nghệ hóa học GVHD Nguyễn Quang Long Phụ lục 6: Kết SEM mẫu bentonite viên Hình 5.10: Kết SEM mẫu bentonite viên – HVTH Nguyễn Hồng Thái 83 Luận văn thạc sỹ cơng nghệ hóa học GVHD Nguyễn Quang Long Hình 5.11: Kết SEM mẫu bentonite viên - HVTH Nguyễn Hồng Thái 84 Luận văn thạc sỹ cơng nghệ hóa học GVHD Nguyễn Quang Long Hình 5.12: Kết SEM mẫu bentonite viên - HVTH Nguyễn Hồng Thái 85 Luận văn thạc sỹ cơng nghệ hóa học GVHD Nguyễn Quang Long Hình 5.13: Kết SEM mẫu bentonite viên – HVTH Nguyễn Hồng Thái 86 Luận văn thạc sỹ cơng nghệ hóa học GVHD Nguyễn Quang Long Phụ lục 7: Kết SEM mẫu xúc tác CaO/bentonite Hình 5.14: Kết SEM mẫu xúc tác CaO/bentonite - HVTH Nguyễn Hồng Thái 87 Luận văn thạc sỹ cơng nghệ hóa học GVHD Nguyễn Quang Long Hình 5.15: Kết SEM mẫu xúc tác CaO/bentonite - HVTH Nguyễn Hồng Thái 88 Luận văn thạc sỹ cơng nghệ hóa học GVHD Nguyễn Quang Long Hình 5.16: Kết SEM mẫu xúc tác CaO/bentonite - HVTH Nguyễn Hồng Thái 89 Luận văn thạc sỹ công nghệ hóa học GVHD Nguyễn Quang Long Hình 5.17: Kết SEM mẫu xúc tác CaO/bentonite - HVTH Nguyễn Hồng Thái 90 Luận văn thạc sỹ công nghệ hóa học GVHD Nguyễn Quang Long Hình 5.18: Kết SEM mẫu xúc tác CaO/bentonite – HVTH Nguyễn Hồng Thái 91 PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: NGUYỄN HỒNG THÁI Ngày sinh: 11/01/1988 Nơi sinh: xã Thạnh Xuân, Châu Thành A, Hậu Giang Địa liên lạc: 110/89C Hẻm 1, Lý Tự Trọng, Phường An Phú, Quận Ninh Kiều, Cần Thơ Email: tnguyenhong@rocketmail.com Số điện thoại: QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO (Bắt đầu từ Đại học đến nay) Từ 2005 đến 2011 học Đại Học trường Đại Học Cần Thơ Từ 11/2011 đến học Cao Học trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh Q TRÌNH CƠNG TÁC (Bắt đầu từ làm đến nay) Từ 06/2013 đến làm cơng ty cổ phần dầu khí Đơng Phương ... hành tổng hợp xúc tác base rắn sở bentonite viên làm xúc tác cho trình tổng hợp biodiesel nhiệt độ cao từ dầu hạt cao su Nên chọn thực đề tài " nghiên cứu xúc tác base rắn tổng hợp biodiesel điều. .. HỌC Mã số : 60.52.75 I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU XÚC TÁC BASE RẮN TRONG TỔNG HỢP BIODIESEL Ở ĐIỀU KIỆN NHIỆT ĐỘ CAO II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Tổng hợp xúc tác CaO/ bentonite - Phân tích đặc trưng... học viên cao học lớp Cơng Nghệ Hóa Học K3, khố 2011-2013 Tơi xin cam đoan luận văn thạc sĩ ' 'Nghiên cứu xúc tác base rắn tổng hợp biodiesel điều kiện nhiệt độ cao' ' cơng trình nghiên cứu riêng