Nghiên cứu biến tính than gáo dừa làm xúc tác tổng hợp biodiesel trong điều kiện nhiệt độ ca

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ………… o0o………… BIỆN CÔNG TRUNG NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH THAN GÁO DỪA LÀM XÚC TÁC TỔNG HỢP BIODIESEL TRONG ĐIỀU KIỆN NHIỆT ĐỘ CAO CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ HÓA HỌC MÃ SỐ CHUYÊN NGÀNH: 60.52.75 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG NĂM 2013 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM Cán hướng dẫn khoa học : TS NGUYỄN QUANG LONG (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : TS HUỲNH KỲ PHƯƠNG HẠ (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : TS HỒ QUỐC PHONG (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 06 tháng 09 năm 2013 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) PGS TS NGUYỄN NGỌC HẠNH TS HUỲNH KỲ PHƯƠNG HẠ TS HỒ QUỐC PHONG TS LÝ CẨM HÙNG 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 TRƯỞNG KHOA………… i ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: BIỆN CÔNG TRUNG Ngày, tháng, năm sinh: 24/11/1987 Chuyên ngành: MSHV: 11884215 Nơi sinh: xã An Đức - Long Hồ - Vĩnh Long CƠNG NGHỆ HĨA HỌC Mã số : 60.52.75 I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH THAN GÁO DỪA LÀM XÚC TÁC TỔNG HỢP BIODIESEL TRONG ĐIỀU KIỆN NHIỆT ĐỘ CAO II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Nghiên cứu điều kiện biến tính than gáo dừa đánh giá đặc trưng xúc tác vật liệu thu - Nghiên cứu trình tổng hợp biodiesel giai đoạn từ dầu hạt cao su chất xúc tác than gáo dừa biến tính điều kiện nhiệt độ cao III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 14/1/2013 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 21/7/2013 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 ii LỜI CÁM ƠN Sau thời gian gần hai năm học tập máy trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh, hành trang mà tơi có kiến thức từ đến nâng cao ngành cơng nghệ hóa học mà quý thầy cô truyền thụ, kỹ thực tế công việc ngành Những kiến thức hành trang giúp ứng dụng vào thực tế sống công việc Lời đầu tiên, tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành thầy Nguyễn Quang Long, khoa Kỹ thuật Hóa học trường Đại Học Bách Khoa, thầy giúp đỡ nhiều thời gian qua, thầy tạo điều kiện tốt để nghiên cứu khoa học Thầy tận tình giúp đỡ, dìu dắt tơi suốt trình thực luận văn tốt nghiệp này, chia khó khăn suốt trình nghiên cứu Tình cảm kiến thức thầy dạy bảo cho mãi kỷ niệm mà không quên năm tháng học tập mái trường Tơi kính chúc thầy 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, môn Sư phạm Hóa học trường Đại Học Cần Thơ, thầy giúp đỡ tơi suốt q trình thực luận văn tốt nghiệp Tôi cảm ơn động viên, giúp đỡ chia sẻ khó khăn bạn lớp trình thực luận văn Tơi xin gửi lịng cảm ơn sâu sắc tới Ban Giám Hiệu Khoa Công Nghệ Lương Thực – Thực Phẩm trường Cao đẳng cộng đồng Vĩnh Long tạo điều kiện thuận lợi cho tơi hồn thành luận văn Tp Hồ Chí Minh, ngày 19 tháng 09 năm 2013 Học viên Biện Cơng Trung iii TĨM TẮT Trong nghiên cứu này, tiến hành điều chế xúc tác acid rắn than gáo dừa phương pháp tẩm để đưa gốc -SO3H lên bề mặt than, phân tích đặc trưng xúc tác thu ứng dụng làm xúc tác cho phản ứng tổng hợp biodiesel từ dầu hạt cao su qua 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 mol methanol/dầu, nhiệt độ phản ứng, thời gian phản ứng, khả tái sử dụng xúc tác Hiệu suất chuyển hóa tạo methyl este đạt 95% phản ứng thực với hàm lượng xúc tác 40%kl, nhiệt độ phản ứng 900C, sau với tỉ lệ mol methanol/dầu 25/1 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 iv ABSTRACT In this study, solid acid catalysts based on coconut shell charcoal 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 95% when the reaction was performed with a catalyst’s amount were investigated of 40 %wt at 90°C for hours with methanolto-oil ratio of 25/1 mol The produced biodiesel was analyzed for determination of viscosity at 400C, acidic value, and reaction efficiency Keyword: rubber seed oil, biodiesel, solid acid catalysts v LỜI CAM ĐOAN Tên Biện Công Trung, học viên cao học lớp Công Nghệ Hóa Học K2011, khố 2011-2013 Tơi xin cam đoan luận văn thạc sĩ ‘‘Nghiên cứu biến tính than gáo dừa làm xúc tác tổng hợp biodiesel điều kiện nhiệt độ cao’’ cơng 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 19 tháng 09 năm 2013 Học viên Biện Công Trung vi MỤC LỤC Trang TÓM TẮT iv MỤC LỤC vii DANH MỤC BẢNG x DANH MỤC HÌNH xii DANH MỤC PHỤ LỤC .xiv DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN xv CHƯƠNG MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 2.1 Biodiesel dầu hạt cao su 2.1.1 Nhiên liệu diesel 2.1.2 Giới thiệu biodiesel 2.1.3 Giới thiệu dầu hạt cao su 11 2.2 Xúc tác tổng hợp biodiesel 13 2.2.1 Xúc tác acid .13 2.2.2 Xúc tác base 14 2.2.3 Xúc tác enzyme 16 2.2.4 Nghiên cứu nước xúc tác tổng hợp biodiesel 16 2.3 Than gáo dừa 17 2.3.1 Nguồn gốc 17 2.3.2 Phương pháp sản xuất 18 2.3.3 Các đặc điểm than gáo dừa 18 2.3.4 Cấu trúc than gáo dừa 19 2.4 Các phương pháp biến tính than 21 2.4.1 Biến tính than hoạt tính N2 22 2.4.2 Biến tính bề mặt than halogen .23 2.4.3 Biến tính bề mặt than lưu huỳnh hóa 23 2.4.4 Biến tính than hoạt tính cách tẩm 24 2.4.5 Biến tính than hoạt tính cách tẩm để tạo acid rắn 25 2.4.6 Nghiên cứu nước biến tính than 26 2.5 Các phương pháp phân tích, đánh giá sản phẩm xúc tác 27 2.5.1 Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ Nitơ 27 2.5.2 Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại IR 29 2.5.3 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 30 2.6 Các phương pháp phân tích chất lượng dầu hạt cao su biodiesel 30 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 33 vii 3.1 Sơ đồ nội dung nghiên cứu 33 3.2 Hóa chất, dụng cụ thiết bị 34 3.2.1 Hóa chất 34 3.2.2 Dụng cụ thiết bị .34 3.3 Tổng hợp xúc tác từ than gáo dừa 36 3.3.1 Giai đoạn 1: Xử lý than hoạt tính gáo dừa nguyên liệu 36 3.3.2 Giai đoạn 2: Biến tính than để tăng thêm nhóm –OH lên bề mặt 37 3.3.3 Giai đoạn 3: Đưa tâm acid lên vật liệu than biến tính lên thêm nhóm OH- 38 3.4 Phân tích đặc trưng xúc tác từ than gáo dừa 38 3.4.1 Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ Nitơ 38 3.4.2 Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại IR 39 3.4.3 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 39 3.4.4 Phương pháp xác định nồng độ H+ tẩm than 39 3.5 Phản ứng tổng hợp biodiesel từ dầu hạt cao su xúc tác từ than gáo dừa 39 3.5.1 Xử lý, tinh chế dầu hạt cao su 39 3.5.2 Phân tích tính chất dầu hạt cao su 40 3.5.3 Tiến hành phản ứng 41 3.5.4 Tinh chế sản phẩm 42 3.5.5 Tính tốn độ chuyển hóa phản ứng .43 3.5.6 Phân tích chất lượng sản phẩm biodiesel .43 CHƯƠNG IV KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 44 4.1 Kết phân tích đặc trưng xúc tác 44 4.1.1 Kết phân tích đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ Nitơ 44 4.1.2 Kết đo phổ hấp thụ hồng ngoại IR 47 4.1.3 Kết phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 49 4.1.4 Kết tính nồng độ H+ tẩm than 51 4.2 Kết phản ứng tổng hợp biodiesel từ dầu hạt cao su 52 4.2.1 Ảnh hưởng phương pháp biến tính than gáo dừa 52 4.2.2 Ảnh hưởng hàm lượng xúc tác 55 4.2.3 Khảo sát tính dị thể xúc tác 57 4.2.4 Ảnh hưởng tỉ lệ mol methanol/dầu 58 4.2.5 Ảnh hưởng nhiệt độ phản ứng 59 4.2.6 Ảnh hưởng thời gian phản ứng .61 4.2.7 Kết đo GC-MS nguyên liệu dầu hạt cao su sản phẩm biodiesel 63 4.2.8 Khảo sát khả tái sử dụng xúc tác 64 viii CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .68 5.1 Kết luận .68 5.2 Kiến nghị .68 TÀI LIỆU THAM KHẢO .69 PHỤ LỤC 72 ix Luận văn Thạc sĩ HVTH: Biện Công Trung GVHD: TS Nguyễn Quang Long 85 Luận văn Thạc sĩ HVTH: Biện Công Trung GVHD: TS Nguyễn Quang Long 86 Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Nguyễn Quang Long Phụ lục kết đo hấp phụ giải hấp N2 nhiệt độ thấp mẫu C/NaOH2M/H2SO4 đđ HVTH: Biện Công Trung 87 Luận văn Thạc sĩ HVTH: Biện Công Trung GVHD: TS Nguyễn Quang Long 88 Luận văn Thạc sĩ HVTH: Biện Công Trung GVHD: TS Nguyễn Quang Long 89 Luận văn Thạc sĩ HVTH: Biện Công Trung GVHD: TS Nguyễn Quang Long 90 Luận văn Thạc sĩ HVTH: Biện Công Trung GVHD: TS Nguyễn Quang Long 91 Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Nguyễn Quang Long Kết đo IR vật liệu Phụ lục kết đo IR mẫu Carbon Phụ lục kết đo IR mẫu C/H 2SO4 đđ HVTH: Biện Công Trung 92 Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Nguyễn Quang Long Phụ lục kết đo IR mẫu C/NaOH1M/H2SO đđ Phụ lục kết đo IR mẫu C/NaOH2M/H2SO đđ HVTH: Biện Công Trung 93 Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Nguyễn Quang Long Phụ lục kết đo IR mẫu C/H2SO đđ sau phản ứng Phụ lục 10 kết đo IR mẫu C/NaOH1M/H2SO đđ sau phản ứng HVTH: Biện Công Trung 94 Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Nguyễn Quang Long Phụ lục 11 kết đo IR mẫu C/NaOH2M/H2SO đđ sau phản ứng Kết chụp SEM vật liệu Phụ lục 12 kết chụp SEM mẫu Carbon HVTH: Biện Công Trung 95 Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Nguyễn Quang Long Phụ lục 13 kết chụp SEM mẫu C/H2SO đđ Phụ lục 14 kết chụp SEM mẫu C/NaOH1M/H2SO đđ HVTH: Biện Công Trung 96 Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Nguyễn Quang Long Phụ lục 15 kết chụp SEM mẫu C/NaOH2M/H2SO đđ Kết đo GC-MS dầu hạt cao su nguyên liệu biodiesel Phụ lục 16 kết đo GC-MS mẫu dầu hạt cao su HVTH: Biện Công Trung 97 Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Nguyễn Quang Long Phụ lục 17 kết đo GC-MS mẫu sản phẩm biodiesel HVTH: Biện Công Trung 98 Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Nguyễn Quang Long PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: BIỆN CÔNG TRUNG Ngày, tháng, năm sinh: 24/11/1987 Nơi sinh: xã An Đức – Long Hồ - Vĩnh Long Địa liên lạc: 150A/10 ấp Phước Lộc xã Hòa Phú huyện Long Hồ tỉnh Vĩnh Long Email: bctrung@vlcc.edu.vn Số điện thoại: 0986.855.359 QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO (Bắt đầu từ Đại học đến nay) Từ 2005 đến 2009 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 10/2009 đến công tác giảng dạy trường Cao Đẳng Cộng Đồng Vĩnh Long HVTH: Biện Công Trung 99 ... TÀI: NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH THAN GÁO DỪA LÀM XÚC TÁC TỔNG HỢP BIODIESEL TRONG ĐIỀU KIỆN NHIỆT ĐỘ CAO II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Nghiên cứu điều kiện biến tính than gáo dừa đánh giá đặc trưng xúc tác. .. trước thường thực nhiệt độ 700C tổng hợp qua giai đoạn Từ lý tiến hành tổng hợp xúc tác rắn sở than gáo dừa làm xúc tác cho trình tổng hợp biodiesel nhiệt độ cao từ dầu hạt cao su qua giai đoạn... đề tài ? ?Nghiên cứu biến tính than gáo dừa làm xúc tác tổng hợp biodiesel điều kiện nhiệt độ cao” HVTH: Biện Công Trung Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Nguyễn Quang Long CHƯƠNG TỔNG QUAN 2.1 Biodiesel