Để xem xột sự phõn bố bề mặt của Bentonit biến tớnh đƣợc khảo sỏt bằng kớnh hiển vi điện tử quột (SEM).
Hỡnh 3.4 - Ảnh SEM của Ben-Fe3+
Từ ảnh SEM cú thể rỳt ra nhận xột : Sau khi trao đổi Ben-H+ với cỏc ion kim loại Fe3+ chuyển tiếp diện tớch bề mặt của xỳc tỏc bị giảm đi đỏng kể, trƣớc tiờn là do cỏc vi lỗ bị lấp kớn, do đú làm cho bỏn kớnh trung bỡnh của cỏc lỗ tăng lờn dẫn đến cỏc vật liệu cú cấu trỳc rắn xốp với mao quản cú kớch thƣớc trung bỡnh trong khoảng 50 ữ 90Ao.
Qua ảnh SEM thấy tớnh chất bề mặt và cấu trỳc xốp của Ben-Fe3+ là vật liệu cú kớch thƣớc mao quản trung bỡnh đều phự hợp với cỏc kết quả nghiờn cứu trƣớc đõy.
3.2. Tổng hợp phụ gia chống oxy húa isopropyl toluen với xỳc tỏc Ben-Fe+:
a. Cỏc yếu tố ảnh hưởng đến độ chuyển húa của phản ứng alkyl húa toluen và isopropyl bromua với xỳc tỏcBen-Fe3+:
* Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ chuyển húa của phản ứng:
Tiến hành khảo sỏt trờn xỳc tỏc Ben-Fe3+ với một lƣơng xỳc tỏc nhất định tại cỏc nhiệt độ là 800C, 1000C, 1200C, tốc độ khuấy 1000vũng/phỳt.
Điều kiện tiến hành thớ nghiệm nhƣ sau : + Lƣợng xỳc tỏc : 2 gam.
+ Thời gian thớ nghiệm : 60 phỳt + Lƣợng nguyờn liệu 20 ml
Kết quả đƣợc đƣa ra trong bảng sau:
Bảng 3.1 - Độ chuyển húa phụ thuộc vào nhiệt độ phản ứng và hàm lượng xỳc tỏc
Nhiệt độ (0C) 80 90 100 110
Xỳc tỏc (g) 2 2 2 2
Độ chuyển hoỏ (%) 85 88 92 90
Hỡnh 3.5 - Ảnh hưởng của nhiệt độ và xỳc tỏc đến độ chuyển húa của phản ứng.
Từ kết quả thực nghiệm cho thấy: khi nhiệt độ tăng thỡ độ chuyển hoỏ cũng tăng, khi nhiệt độ phản ứng lờn đến 1000C thỡ độ chuyển hoỏ của phản ứng đạt giỏ trị cao nhất. Nếu tiếp tục tăng nhiệt độ thỡ độ chuyển hoỏ lại giảm. Điều này cú thể giải thớch là do độ chuyển hoỏ phụ thuộc và nhiệt độ, khi nhiệt độ tăng thỡ độ chuyển hoỏ tăng dần, nhƣng khi nhiệt độ tăng quỏ cao thỡ cỏc chất sẽ bị bay hơi và phõn huỷ nờn độ chuyển hoỏ giảm.
* Ảnh hưởng của thời gian đến độ chuyển húa:
Điều kiện tiến hành thớ nghiệm nhƣ trờn, chỳng tụi tiến hành khảo sỏt thời gian phản ứng từ 30 ữ 75 phỳt, nhiệt độ phản ứng là 1000C, thực nghiệm cho kết quả sau:
Bảng 3.2 - Độ chuyển húa của phản ứng phụ thuộc vào thời gian phản ứng và hàm lượng xỳc tỏc.
Thời gian (phỳt) 30 45 60 75
Xỳc tỏc (g) 2 2 2 2
Độ chuyển hoỏ (%) 80 85 92 89
Hỡnh 3.6 - Ảnh hưởng của thời gian và xỳc tỏc đến độ chuyển hoỏ của phản ứng
Từ kết quả thực nghiệm cho thấy: khi tăng thời gian phản ứng thỡ độ chuyển hoỏ của phản ứng cũng tăng, khi tăng thời gian phản ứng tới 60 phỳt thỡ độ chuyển hoỏ đạt tối ƣu là 92%, nếu tiếp tục tăng thời gia phản ứng thỡ độ chuyển hoỏ của phản ứng giảm. Nguyờn nhõn là do đõy là phản ứng thuận nghịch nờn cần thời gian đủ dài để tăng độ chuyển hoỏ. Nhƣng khi thời gian dài thỡ thời gian lƣu lớn, cỏc chất dễ bị phõn huỷ làm giảm độ chuyển hoỏ.
3.3. Xỏc định cấu trỳc sản phẩm bằng phƣơng phỏp GC- MS: 78 80 82 84 86 88 90 92 94 20 40 60 80 Thời gian (phỳt) Đ ộ c h u yể n h ú a (% )
Bảng 3.3 - Tỷ lệ sản phẩm cú trong mẫu.
Phổ GC-MS cho thấy sản phẩm tổng hợp đƣợc từ phản ứng alkyl húa cho cỏc peak cú thời gian tƣơng ứng với cỏc đồng phõn của isopropyl toluen.
+ Peak tại 7,806 (phỳt) octo isopropyl toluen (22%) + Peak tại 7,854 (phỳt) meta isopropyl toluen (33%) + Peak tại 8,061 (phỳt) para isopropyl toluen (34%)
Theo kết quả phõn tớch GC-MS cú thể thấy: cỏc pic cú cƣờng độ lớn và sắc nột, nền phổ phẳng. Điều này chứng tỏ sản phẩm thu đƣợc cú độ tinh khiết lớn, hàm lƣợng của cỏc sản phẩm mong muốn cao.
Từ kết quả phõn tớch GC-MS và so sỏnh với phổ chuẩn trong thƣ viện phổ sẽ thu đƣợc cỏc chất cho ở bảng sau:
Bảng 3.4 – Cỏc chỉ tiờu kỹ thuật của sản phẩm
mp (0C) bp (0C) η420 γ40 (cSt)
2-isopropyl toluen -71,54 178,15 1,5005 5,6
2-isopropyl toluen -63,75 175,05 1,4929 5,6
2-isopropyl toluen -67,94 177,1 1,4909 5,6
3.4. Thử nghiệm tớnh năng của phụ gia chống oxy húa khi pha vào biodiezel:
Do biodiezel cú nguồn gốc sinh học nờn chỳng dễ bị oxy hoỏ và dễ bị phõn huỷ khi tiếp xỳc với khụng khớ, ảnh hƣởng đến quỏ trỡnh tồn chứa, bảo quản nhất là trong điều kiện núng ẩm ở Việt Nam. Để nõng cao hiệu quả sử dụng và khả năng bảo quản, chỳng tụi đó tổng hợp đƣợc cỏc phụ gia. Cỏc phụ gia này đƣợc pha chế vào biodiesel, hiệu quả
sử dụng phụ gia đƣợc đỏnh giỏ qua cỏc chu kỳ cảm ứng. Kết quả khảo sỏt đƣợc đƣa ra ở cỏc bảng sau:
Bảng 3.5 – Chu kỳ cảm ứng của biodiezel nguyờn chất và diezel khoỏng
T Hạng mục thớ nghiệm Phƣơng phỏp phõn tớch Kết quả
Chu kỳ cảm ứng (phỳt) ASTM D515
1 Mẫu N01 (biodiezel nguyờn chất) 397 phỳt
2 Mẫu N02 (diezel khoỏng nguyờn chất) 811 phỳt
Bảng 3.6 – Chu kỳ cảm ứng khi pha %phụ gia vào mẫu biodiezel nguyờn chất
TT Hạng mục thớ nghiệm Phƣơng phỏp phõn tớch Kết quả
Chu kỳ cảm ứng (phỳt) ASTM D515
1 Mẫu N03 (biodiezel 0,5%vol phụ gia) 426 phỳt
2 Mẫu N04 (biodiezel 1,0%vol phụ gia) 445 phỳt
3 Mẫu N05 (biodiezel 1,5%vol phụ gia) 463 phỳt
4 Mẫu N06 (biodiezel 2,0%vol phụ gia) 512 phỳt
5 Mẫu N07 (biodiezel 2,5%vol phụ gia) 529 phỳt
6 Mẫu N08 (biodiezel 3,0%vol phụ gia) 564 phỳt
7 Mẫu N09 (biodiezel 3,5%vol phụ gia) 567 phỳt
8 Mẫu N010 (biodiezel 4,0%vol phụ gia) 573 phỳt
Bảng 3.6 – Chu kỳ cảm ứng của nhiờn liệu B5, B10, B20 khi pha và chưa pha phụ gia
TT Hạng mục thớ nghiệm Phƣơng phỏp phõn tớch Kết quả
Chu kỳ cảm ứng (phỳt) ASTM D515
1 Mẫu N011 (B5 0,15%vol phụ gia) 779 phỳt
2 Mẫu N012 (B10 0,30%vol phụ gia) 717 phỳt
3 Mẫu N011 (B20 0,60%vol phụ gia) 654 phỳt
4 Mẫu N012 (B5 khụng phụ gia) 570 phỳt
5 Mẫu N010 (B10 khụng phụ gia) 543 phỳt
6 Mẫu N010 (B20 khụng phụ gia) 486 phỳt
Hỡnh 3.9 – Chu kỳ cảm ứng của nhiờn liệu khi pha và khụng pha phụ gia
Qua kết quả đo ta nhận thấy:
- Theo số liệu bảng 3.5, chu kỳ cảm ứng của biodiezel nguyờn chất nhỏ hơn so với diezel khoỏng.
- Ở bảng 3.6, khi pha phụ gia vào cỏc mẫu từ N03 ữ N010 theo tỷ lệ tƣơng ứng từ 0,5 ữ 4,0% thỡ rừ ràng chu kỳ cảm ứng tăng lờn (mức ổn định oxy hoỏ tăng) nhƣng chƣa đạt lớn so với diezel khoỏng, lƣợng phụ gia tăng thỡ chu kỳ cảm ứng cũng tăng theo nhƣng với mức độ tăng chậm dần.
- Từ mẫu N03 ữ N08 ta thấy chu kỳ cảm ứng tăng lờn rừ rệt và tỷ lệ phụ gia cũng đƣợc tăng theo chu kỳ.
- Từ mẫu N08 ữ N010, chu kỳ cảm ứng tăng rất chậm (tăng khụng đỏng kể) mà lƣợng phụ gia vẫn tăng.
→ Vậy lựa chọn tỷ lệ 3% phụ gia khi pha vào biodiezel là tỷ lệ tối ƣu.
Đó tiến hành khảo sỏt chu kỳ cảm ứng với cỏc mẫu B5, B10, B20, căn cứ vào số liệu ở bảng 3.7 thấy rằng: khi B5, B10, B20 khụng pha phụ gia chu kỳ cảm ứng giảm dần
theo tỷ lệ bio pha vào diezel, điều này là hợp lý vỡ tỷ lệ %biodiezel càng cao thỡ chu kỳ cảm ứng càng giảm. Khi pha phụ gia vào B5, B10, B20 với tỷ lệ 0,15%; 0,3%; 0,6% đỳng là tỷ lệ tƣơng ứng với tỷ lệ pha chế tối ƣu 3%.
→ Vậy khi pha phụ gia vào B5, B10, B20 chứng tỏ tỷ lệ 0,3% là lƣợng phụ gia đƣợc pha trong nhiờn liệu B10 sử dụng cho động cơ là thớch hợp và tối ƣu nhất
KẾT LUẬN
Đó tổng hợp đƣợc xỳc tỏc Ben-Fe3+
cho quỏ trỡnh phản ứng alkyl húa toluen và isopropyl bromua, so sỏnh với cỏc số liệu thực nghiệm bằng phƣơng phỏp nhiễu xạ Rơnghen và ảnh SEM cho thấy xỳc tỏc này cú cấu trỳc tƣơng đƣơng với cỏc mẫu chuẩn đó từng nghiờn cứu.
Tổng hợp đƣợc phụ gia gồm cỏc đồng phõn của isopropyl toluen, kết quả cho thấy, bằng GC-MS xỏc định đƣợc cấu trỳc sản phẩm trong đú cú 90% là isopropyl toluen. Độ chuyển húa cao nhất là 92%.
Điều kiện: + 2 gam Ben-Fe3+ (xỳc tỏc). + 14 ml toluen. + 6 ml isopropyl bromua. + Nhiệt độ 1000C. + Thời gian 60 phỳt.
Đó thử nghiệm tớnh năng phụ gia chống oxy húa bằng cỏch xỏc định chu kỳ cảm ứng của cỏc mẫu biodiezel nguyờn chất khi pha phụ gia thỡ thấy chu kỳ cảm
ứng đƣợc tăng lờn so với mẫu chƣa pha, phần trăm phụ gia tối ƣu khi pha vào biediezel khoảng là 3%.
Khi tiến hành pha phụ gia vào cỏc mẫu biodiezel B5, B10, B20 theo cỏc tỷ lệ 0,15; 0,3; 0,6% thỡ tỷ lệ tối ƣu nhất là 0,3% cho nhiờn liệu B10 . Vậy B10 là mẫu chuẩn cho thấy chu kỳ cảm ứng đƣợc tăng lờn.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. PGS. TS. Đinh Thị Ngọ. “Húa học dầu mỏ và khớ”. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội, 2005.
2. GS. TS. Đào Văn Tƣờng. “Động học xỳc tỏc”. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội, 2006.
3. Vũ Tam Huề, Nguyễn Phƣơng Tựng. “Hướng dẫn sử dụng nhiờn liệu – dầu – mỡ”. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2000.
4. Kiều Đỡnh Kiểm. “Cỏc sản phẩm dầu mỏ và húa dầu”. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2000.
5. Nguyễn Tất Tiến. “Nguyờn lý động cơ đốt trong”. Nhà xuất bản Giỏo dục, 2001.
6. Chu Phạm Ngọc Sơn. “Dầu mỡ trong sản xuất và đời sống”. Nhà xuất bản thành phố Hồ Chớ Minh, 1983.
7. Vũ An, Đào Văn Tƣờng. Tổng hợp biodiesel thõn thiện mụi trường từ dầu bụng. Tuyển tập cỏc bỏo cỏo khoa học tại hội nghị xỳc tỏc và hấp phụ toàn quốc lần thứ ba, 2005. 8. Từ Văn Mặc. Phõn tớch húa lý : “Phương phỏp phổ nghiệm nghiờn cứu cấu trỳc phõn tử”. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2003.
9. Đặng Tuyết Phƣơng. Nghiờn cứu cấu trỳc, tớnh chất hoỏ lý và một số ứng dụng của Bentonit Thuận Hải Việt Nam. Luận ỏn Phú tiến sĩ khoa học hoỏ học (1995).
10. Tạ Đỡnh Vinh. Nghiờn cứu sử dụng sột bentonit Việt Nam để pha chế dung dịch khoan. Luận ỏn Phú tiến sĩ (1991).
11. Nguyễn Đức Chõu, Trƣơng Minh Lƣơng, Ngụ Thị Thuận. Tạp chớ hoỏ học, T.35, số 2, trang 70 – 74 (1997).
12. Hoa Hữu Thu, Lờ Văn Hiếu, Trần Hồng Cơ, Nguyễn Hồng Vinh. Tạp chớ húa học và ứng dụng, số 3 (51)/ 2006 trang 26 – 29.
13. Nguyễn Bỏ Xuõn, Trƣơng Minh Lƣơng, Phƣơng Thanh Hƣơng. Nghiờn cứu phản ứng ankyl hoỏ toluen bằng rượu benzylic, trang 1 – 5 (2005).
14. Nguyễn Hữu Phỳ, Đặng Tuyết Phƣơng, Hoàng Vinh Thăng, Nguyễn Đức Thọ, Nguyễn Phi Hựng. Tạp chớ hoỏ học, T.35, số 2, trang 3 – 6 (1997).
15. T.S. Nguyễn Ngọc Khang. Nghiờn cứu sử dụng khoỏng chất diatomit và bentonit vào việc xử lý một vài kim loại nặng trong nước thải. Hội nghị hoỏ học toàn quốc lần thứ 4, thỏng 10/2003. Tr 43 ữ 47.
16. Lờ Huy Du. Tạp chớ hoỏ học và ứng dụng, số 9, trang 21 – 27 (2002).
17. Lờ Hựng. Tạp chớ phõn tớch hoỏ lý và sinh học tập 4, số 3 trang 33 – 35 (1999).
18. Lờ Thị Hoài Nam, Nguyễn Minh Sơn, Đặng Tuyết Phƣơng, Nguyễn Hữu Phỳ, Trần Thị Thu Huyền. Hội nghị hoỏ học toàn quốc lần IV 10/2003.
19. Ngụ Thị Thuận, Nguyễn Văn Bỡnh, Hoa Hữu Thu. Bentonit hoạt hoỏ và hoạt tớnh xỳc tỏc của chỳng trong phản ứng ankyl hoỏ hidrocacbon thơm. Hội nghị hoỏ học toàn quốc lần 4, thỏng 10/2003. Tr 222 ữ 225.
20. Nguyễn Đức Chõu, Trƣơng Minh Lƣơng, Hồ Văn Thành, Ngụ Thị Thuận, Nguyễn Thanh Tỳ. Nghiờn cứu tớnh chất xỳc của bentonit Thuận Hải được biến tớnh bằng Al3+ trong phản ứng isopropyl hoỏ toluen. Hội nghị hoỏ học toàn quốc lần 4, thỏng 10/2003. Tr 245 ữ 248.
21. Đặng Tuyết Phƣơng, Nguyễn Hƣu Phỳ, Hoàng Vinh Thăng. Xỏc định thành phần và cấu trỳc bentonit Thuận Hải bằng phương phỏp nhiễu xạ Rơnghen. Hội nghị hoỏ học toàn quốc lần 4, thỏng 10/2003. Tr 292 ữ 295.
22. Lờ Ngọc Ninh. “Khoa học cụng nghệ mỏ-số 11/2002-khoan-nổ mịn”, trang 13 – 14. 23. Hồ Vƣơng Bớnh, Phạm Văn An và cộng sự. Đỏnh giỏ triển vọng và khả năng sử dụng bentonit kiềm vựng Thuận Hải. Bỏo cỏo nghiệm thu đề tài. Viện địa chất khoỏng sản. Hà Nội, 1990.
24. Phạm Thanh Huyền. Nghiờn cứu đặc trưng của hệ xỳc tỏc oxit kim loại và ứng dụng cho phản ứng oxi hoỏ toluen. Luận ỏn Tiến sĩ Hoỏ học (2003).