MỤC LỤC
Các nước trên thế giới hiện nay đều quan tâm đến vấn đề về hiệu quả kinh tế và môi trường, vì vậy xu hướng phát triển của nhiên liệu diezel là tối ưu hoá trị số xetan, giảm hàm lượng lưu huỳnh xuống mức thấp nhất, mở rộng nguồn nhiên liệu và tìm kiếm nhưng nhiên liệu sạch ít gây ô nhiễm môi trường. Nhiên liệu sinh học tổng hợp từ sinh khối khi cháy tạo ra rất ít các khí thải như CO, SOx, H2S, hydrocacbon thơm..nên giảm thiểu khả năng gây ô nhiễm môi trường rất nhiều.Trong số các nhiên liệu đó, biodiezel xuất hiện như là một nhiên liệu sinh học điển hình, đã, đang và sẽ là nguồn nhiên liệu lý tưởng trong tương lai thay thế cho nhiên liệu khoáng sẽ bị khai thác cạn kiệt trong một tương lai không xa.
Điều này là do khác với nhiên liệu diezel khoáng, trong thành phần của biodiezel chứa 11% oxy làm quá trình oxy hóa triệt để nhiên liệu xảy ra dễ dàng hơn nhiều, lượng hydrocacbon chưa cháy hết trong khí thải và các hạt vật chất rắn sẽ giảm đáng kể. + Nguồn nguyên liệu tổng hợp được đảm bảo : Không như nguồn năng lượng từ dầu mỏ đang bị khai thác ồ ạt và có thể bị cạn kiệt trong tương lai, biodiezel được tổng hợp từ các loại dầu thực vật, mỡ động vật nên dễ dàng có thể tái tạo và nuôi trồng được. Mặc dù các nhiệt độ này phụ thuộc khá nhiều vào nguồn nguyên liệu tuy nhiên việc sử dụng biodiezel (đặc biệt là các loại biodiezel tổng hợp từ dầu mỡ động vật) ở những vùng có khí hậu thấp vẫn gặp nhiều khó khăn và phải cần có phụ gia chống đông đặc để đảm bảo tính lưu biến tốt của nhiên liệu.
+ Xúc tác bazơ : Xúc tác bazơ được sử dụng trong quá trình chuyển hoá este dầu thực vật có thể là xúc tác đồng thể trong pha lỏng như : KOH , NaOH, K2CO3, CH3ONa hay xúc tác dị thể như MgO, nhựa trao đổi cation Amberlyst 15, titanium silicate TIS…Xúc tác đồng thể CH3ONa cho độ chuyển hoá cao nhất, thời gian phản ứng ngắn nhất, nhưng yêu cầu không được có sự có mặt của nước vì vậy không thích hợp trong quá trình sản xuất công nghiệp. Bên cạnh khả năng bôi trơn cao và có hàm lượng oxy nhất định (khoảng 11%) giống như nhiều loại biodiezel khác, biodiezel dừa còn có thêm khả năng hòa tan cao, chỉ số xetan cao và khoảng nhiệt chưng cất rất tốt phù hợp với diezel khoáng do sự có mặt của các hợp chất có 8, 10, 12, 14 nguyên tử cacbon cùng với các hợp chất có 16-18 nguyên tử cacbon vốn có mặt trong nhiều loại biodiezel khác. Các thử nghiệm trên biodiezel dừa của trường đại học Nihon (Nhật Bản) và trường đại học công nghệ Philipin cho thấy rằng :. - Không như các loại nhiên liệu biodiezel khác, lượng khí thải NOx của biodiezel dừa đã giảm 20% so với nhiên liệu diezel khoáng. Điều này có thể do biodiezel dừa có chứa các hidrocacbon mạch ngắn hơn, khoảng nhiệt độ cất rộng hơn và chỉ số xetan lớn dẫn đến nhiệt độ cháy thấp hơn của nhiên liệu trong xylanh).
Do đó đã có rất nhiều các đơn vị nghiên cứu và thử nghiệm quá trình sản xuất diezel sinh học từ các nguồn nguyên liệu này như Phân viện Khoa học vật liệu tại thành phố Hồ Chí Minh, Trung tâm nghiên cứu ứng dụng công nghệ lọc- hóa dầu (Đại học Bách Khoa TP.HCM), Công ty cổ phần Sinh học và môi trường Biển Cờ…Từ những nghiên cứu thành công quá trình công nghệ sản xuất biodiezel từ dầu thực vật và mỡ động vật, công ty cổ phần Sinh học và Môi trường Biển Cờ đã đầu tư xây dựng nhà máy sản xuất biodiezel với tên thương mại là Biodiezel- Gem, công suất thử nghiệm là 10m3/ngày, dự kiến sau thời gian chạy thử sẽ đạt công suất thiết kế là 2000 tấn/tháng.
Theo dự đoán của các chuyên gia kinh tế, với nhưng ưu điểm vượt trội về mặt kinh tế và xã hội đó, chắc chắn sẽ có thêm nhiều doanh nghiệp đầu tư công nghệ sản xuất biodiezel nhằm đáp ứng cho nhu cầu nhiên liệu vẫn đang ngày càng tăng cao. Mặt khác do metanol là rượu có mạch cacbon ngắn nhất và phân cực (metanol có thể tan vô hạn trong nước) nên quá trình phản ứng thuận lợi hơn, cho hiệu suất cao, công đoạn tách sản phẩm cũng dễ dàng hơn nhiều và tốn ít năng lượng vào quá trình phân tách tinh chế sản phẩm. Hơn nữa, metyl este có năng lượng lớn hơn các este của rượu khác nên hạn chế được khả năng tạo cốc ở vòi phun, do đó metanol đã trở thành sự lựa chọn tối ưu cho quá trình tổng hợp biodiezel trong công nghiệp cũng như trong phòng thí nghiệm.
Mặc dù vậy, tránh quá trình xà phòng và nhũ hóa khi tiến hành tổng hợp cũng như khi tinh chế sản phẩm làm giảm hiệu suất phản ứng và gây khó khăn trong việc tách sản phẩm, cần phải tiến hành xử lý dầu dừa để làm giảm chỉ số axit xuống dưới 1 mg KOH/g dầu đồng thời phải tiến hành tách nước làm khan sản phẩm sau khi xử lý. Như vậy nếu tẩm NaOH lên MgO bằng một phương pháp phù hợp, đảm bảo cho liên kết NaOH-MgO trở lên vững chắc và không bị phá bởi các phân tử rượu thì đây sẽ là một trong những loại xúc tác dị thể lý tưởng cho quá trình tổng hợp biodiezel.
Tuy không một tài liệu nào đưa ra chính xác kích thước trung bình mao quản của MgO nhưng nếu đường kính MgO đủ lớn để phân tử NaOH có thể chui vào và được giữ chắc lại thì hoạt tính của xúc tác MgO sẽ được cải thiện hơn rất nhiều. Phản ứng tổng hợp biodiezel sẽ được khảo sát quan hệ của lượng xúc tác, thành phần NaOH của xúc tác, thời gian phản ứng…với hiệu suất phản ứng đồng thời nghiên cứu khả năng tái sử dụng và tái sinh của loại xúc tác dị thể này. Hỗn hợp phản ứng sau khi lắng chia làm 3 pha : nằm trên cùng là metyl este dừa lẫn một phần nhỏ rượu metanol dư , pha ở giữa có tỷ trọng lớn hơn là glyxerin có lẫn phần lớn rượu metanol chưa phản ứng, pha dưới cùng là xúc tác ở thể rắn.
Lượng nước rửa cho vào bình chiết bằng khoảng 2 lần thể tích biodiezel, đậy kín và lắc mạnh trong khoảng 1 phút, sau đó để lắng cho phân tách pha rừ ràng (khoảng 20 phỳt) và chiết đổ đi phần nước rửa bờn dưới. Glyxerin tuy là sản phẩm phụ của quá trình tuy nhiên lượng glyxerin tạo ra trong phản ứng este hóa cũng không nhỏ (nếu xét về tỉ lượng mol thì chúng bằng với lượng mol triglyxerit dừa phản ứng).
Cách thức tiến hành : Cân chính xác một lượng mẫu vào bình nón (từ 3- 5g), thêm vào đó 200 ml hỗn hợp ete etylic và một phần etanol, lắc mạnh cho tan hết.Trong trường hợp dầu không tan hết phải vừa đun cách thuỷ trên bếp vừa lắc cho đến khi tan hoàn toàn, sau đó làm nguội đến 200C. Sử dụng ngọn lửa bằng cách vặn bộ phận trên nắp để điều khiển cửa sổ và que đốt sao cho có ngọn lửa được quét qua hỗn hợp hơi trên mặt cốc trong 0,5 giây, để ở vị trí đó một vài giây rồi nhanh chóng nhấc lên vị trí cao hơn đồng thời ngừng khuấy mẫu. Phương pháp này dựa trên nguyên tắc khi chiếu một chùm tia đơn sắc có bước sóng nằm trong vùng hồng ngoại (400 - 4000cm-1) qua chất cần phân tích thì một phần năng lượng của tia sáng bị hấp thụ và giảm cường độ tia tới.
Do áp suất của dòng khí mang, đường kính và nhiệt độ cột tách không đổi, nên tùy vào ái lực hấp phụ của chất phân tích và pha tĩnh trong cột tách các thành phần trong mẫu sẽ chuyển động với vận tốc khác nhau và ra khỏi cột tách với thời gian lưu khác nhau. Sau khi ghi lại thời gian lưu và diện tích pic của các chất qua sắc kí đồ, người ta đưa các chất chuẩn (chất mà dự đoán sẽ có trong thành phần mẫu) vào máy sắc kí và ghi lại sắc kí đồ chuẩn để so sánh với sắc kí đồ của mẫu phân tích nhằm tìm ra thành phần cũng như khẳng định lại các cấu tử có trong mẫu cần phân tích.