Quá trình lắng dựa trên sự rơi tự do của các hạt phân tán có trong dầu dưới ảnh hưởng của trọng lực. Do chỉ dựa vào quá trình rơi trọng lực nên quá trình lắng kéo dài. Để tạo điều kiện cho quá trình lắng được nhanh thì ta nâng nhiệt độ để độ nhớt của dầu giảm và ở nhiệt độ này các hạt có kích thước nhỏ sẽ kết tụ tạo ra các hạt có kích thước lớn hơn nên dễ lắng hơn. Nhiệt độ lắng cặn tốt nhất là 30oC đến 50oC và thời gian lắng khoảng 1 đến 1,5 giờ.
Lọc
Quá trình lọc dựa trên khả năng của các vật liệu xốp chỉ cho đi qua những phần tử có kích thước nhất định. Trong phòng thí nghiệm dùng bông hoặc dùng vải để lọc vì dầu mỡ có độ nhớt rất lớn nếu lọc bằng giấy lọc sẽ rất lâu.
Tách axít béo tự do
Axít béo tự do có trong dầu là một trong những nguyên nhân làm cho dầu kém phẩm chất, các axít béo tự do thường đóng vai trò là xúc tác cho các phản ứng oxy hóa và phân ly dầu. Vì vậy, trong quá trình tổng hợp biodiesel thì yêu cầu của dầu nguyên liệu là phải có chỉ số axít nhỏ hơn 2. Việc tách axit béo tự do trong dầu cần đảm bảo các điều kiện:
• Tác nhân trung hòa phải nhanh chóng phản ứng với axit béo tự do, không tác dụng với dầu trung tính;
• Hỗn hợp phân lớp nhanh và triệt để, dầu trung tính nhanh chóng tách ra khỏi tạp chất; • Không tạo thành hệ nhũ tương bền.
Tác nhân trung hòa thường dùng các loại kiềm như NaOH, KOH,…hoặc các loại muối kiềm như Na2CO3… Mỗi tác nhân đều có ưu, nhược điểm riêng, nên cần phải lựa chọn tác nhân phù hợp. Hiệu quả của quá trình trung hòa được đánh giá bằng chỉ số axít của dầu sau khi trung hòa.
Trung hòa bằng NaOH hay KOH.
Khi trung hòa bằng NaOH hay KOH (Me là Na hoặc K) ta có phản ứng:
Phản ứng này làm tổn hao dầu mỡ, nên trong quá trình trung hòa dầu, mỡ bằng kiềm thì nhiệt độ, nồng độ của dung dịch kiềm phải thích hợp để hạn chế phản ứng này xảy ra.
Để tiến hành trung hòa trước hết phải xác định chỉ số axít của dầu, từ đó chọn nồng độ dung dịch kiềm thích hợp và tính được lượng kiềm vừa đủ để tác dụng với lượng axít béo tự do có trong dầu thải.
* Cách tiến hành:
- Xác định chỉ số axít của dầu thải.
- Trung hòa bằng NaOH: pha dung dịch NaOH 40 gam/lít. Cho 250 ml dầu thải vào phễu chiết. Sau đó cho 100 ml dung dịch NaOH trên vào khuấy đều. Tốc độ khuấy rất quan trọng (10 phút đầu khuấy chậm, 20 phút sau tăng lên 400 vòng/phút), làm cho kiềm phân tán tốt trong dầu mỡ, tạo điều kiện cho kiềm tiếp xúc với axit béo tự do để tạo cặn xà phòng. Nếu khuấy chậm phản ứng sẽ không hoàn toàn, tuy nhiên nếu khuấy quá nhanh thì cặn xà phòng bị vỡ thành những hạt nhỏ lơ lửng gây khó khăn cho việc lắng cặn.
- Sau đó cho dung dịch muối ăn 3 – 4 % vào để tạo điều kiện cho cặn xà phòng lắng nhanh. Để lắng trong vài giờ, cặn xà phòng lắng xuống, dầu sẽ nổi lên trên.
Điều kiện cho quá trình xử lý trung hòa dầu thải [8].
Từ các kết quả nghiên cứu quá trình trung hòa dầu thải của Đỗ Thị Diễm Thúy, luận văn Thạc sĩ “Nghiên cứu chuyển hóa dầu ăn phế thải và mỡ cá thành biodiesel
trên xúc tác dị thể”, Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, ta có thể sử dụng các điều
kiện thực nghiệm làm cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo.
Tác nhân trung hòa là NaOH và KOH cho hiệu suất cao và chỉ số axit thấp hơn khi dùng Na2CO3. Dung dịch Na2CO3 cho hiệu suất thấp do phản ứng trung hoà tạo ra CO2 bay lên gây xáo trộn hỗn hợp làm xà phòng tạo ra khó lắng tách nên hiệu suất thu hồi dầu trung tính thấp hơn. Do đó, ta chọn dung dịch NaOH 4% làm tác nhân trung hòa [3].
Bảng 2.2. Các điều kiện tối ưu cho quá trình xử lý trung hòa dầu thải
Các điều kiện xử lý Dầu thải
Tác nhân trung hòa NaOH 4%
Nhiệt độ nước rửa,oC 70
Số lần rửa, lần 4
Để kiểm tra dầu đã sạch chưa ta có thể dùng giấy đo pH để thử nước rửa, khi giấy đo pH không đổi màu thì coi như dầu đã sạch.
Rửa và sấy dầu
Sau khi trung hòa, ta tiến hành rửa lại bằng nước nóng 70oC nhằm loại bỏ hoàn toàn xà phòng và kiềm dư còn lại. Thử nước rửa bằng giấy quỳ, rửa cho đến khi nước rửa trong và trung tính. Sau khi rửa, lắng và tách nước xong, trong dầu vẫn còn một ít nước dưới dạng hạt phân tán nhỏ, do đó cần phải sấy để tách nước. Có thể sấy ở chân không hoặc áp suất thường. Sấy dầu trong chân không sẽ cho chất lượng dầu cao hơn vì tránh dầu bị phân hủy và oxy hóa.
Sau đó xác định lại chỉ số axít, chỉ số này nhỏ hơn hai là đạt yêu cầu. - Chiết lấy phần dầu, rửa lại bằng nước vài lần;
- Sau đó đem dầu đi sấy ở 120oC trong 1 giờ để đuổi hết nước và các chất bay hơi trong dầu, dùng muối hút ẩm để hút nước trong dầu;
- Xác định lại các tính chất kỹ thuật của dầu thải đã xử lý.
2.2.2. Phương pháp tổng hợp biodiesel a. Phương pháp hoạt hóa xúc tác CaO a. Phương pháp hoạt hóa xúc tác CaO
CaO hay vôi sống là xúc tác hydroxít của kim loại kiềm thổ, nó là oxít kiềm được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp cũng như trong đời sống. Điều chế xúc tác CaO cho phản ứng tổng hợp biodiesel đơn giản: CaO công nghiệp được nghiền nhỏ rồi đem nung ở 1000oC trong 4-5 giờ để loại hoàn toàn hơi nước và CO2 hấp phụ trên bề mặt, tăng độ xốp, xúc tác sau khi hoạt hóa để nguội rồi mang bảo quản kỹ trong lọ kín cách biệt với không khí.