5. Bố cục luận văn
3.6. Phối trộn Biodiesel thành phẩm với nhiên liệu diesel có nguồn gốc từ dầu mỏ.
mỏ. Đánh giá các chỉ tiêu hóa lí theo tiêu chuẩn Quốc gia
Hiện nay, biodiesel đƣợc các nƣớc khuyến khích đƣa vào sử dụng để thay thế một phần diesel có nguồn gốc từ dầu mỏ. Việc sử dụng biodiesel sẽ làm giảm thiểu ô nhiễm môi trƣờng và có tiềm năng là một trong những nguồn nhiên liệu hóa thạch đang ngày càng cạn kiệt. Vì thế, xu hƣớng thế giới hiện nay là tăng dần tỷ lệ dầu biodiesel trong diesel dầu mỏ, tiến tới thay thế hoàn toàn diesel dầu mỏ bằng nhiên liệu biodiesel.
Trong nghiên cứu này, chúng tôi tiến hành tạo các mẫu diesel blend bằng cách phối trộn diesel dầu mỏ với biodiesel với các tỉ lệ thể tích khác nhau 0%, 2%, 4%, 6%, 8% và 10% biodiesel về thể tích, thu đƣợc các mẫu diesel blend, lần lƣợt kí hiệu là B0, B2, B4, B6, B8, B10. Màu sắc của các sản phẩm diesel blend đƣợc trình bày ở hình 3.21.
Hình 3.21. Màu sắc của các mẫu diesel blend với các % thể tích biodiesel khác nhau
Độ nhớt của Biodiesel là một chỉ tiêu rất đáng chú ý do nó ảnh hƣởng đến hoạt động của động cơ cũng nhƣ tuổi thọ của động cơ. Tiến hành đo độ nhớt động học các mẫu đã đƣợc phối trộn bằng cách sử dụng máy đo tự động theo tiêu chuẩn ASTM D 445. Kết quả thu đƣợc trình bày ở bảng 3.9 và hình 3.22.
Bảng 3.9. Độ nhớt động học của các mẫu diesel blend được điều chế từ diesel dầu mỏ có phối trộn biodiesel ở các tỉ lệ khác nhau về thể tích
Mẫu B0 B2 B4 B6 B8 B10
Độ nhớt động học
µ (mm2/s) 2.816 2.883 2.972 3.073 3.164 3.256
Hình 3.22. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi độ nhớt động học của các mẫu diesel blend
Nhận xét: Kết quả đo độ nhớt cho thấy độ nhớt tăng dần khi tăng phần trăm
thể tích biodiesel. Tuy nhiên, các giá trị về độ nhớt ở tất cả các mẫu vẫn đảm bảo ở
mức cho phép theo tiêu chuẩn Việt Nam (theo TCVN 5689:2013 độ nhớt từ 2.0 – 4.5mm2/s). Nguyên nhân độ nhớt của biodiesel và diesel blend cao hơn diesel dầu mỏ là do trong thành phần của biodiesel có chứa một lƣợng lớn ester của axit béo
chƣa bão hòa bởi độ nhớt của axit béo phụ thuộc vào chiều dài mạch cũng nhƣ số nối đôi.
3.6.2. Khối lượng riêng
Tiến hành đo khối lƣợng riêng các mẫu đã phối trộn theo tiêu chuẩn ASTM D 4052. Kết quả thu đƣợc trình bày ở bảng 3.10 và hình 3.23.
Bảng 3.10. Khối lượng riêng của các mẫu diesel blend được điều chế từ diesel dầu mỏ có phối trộn biodiesel ở các tỉ lệ khác nhau về thể tích
Mẫu B0 B2 B4 B6 B8 B10
Khối lƣợng riêng (g/ml) 0.8263 0.8271 0.8294 0.8310 0.8330 0.8347
Hình 3.23. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi khối lượng riêng của các mẫu diesel blend
Nhận xét: Giá trị khối lƣợng riêng tăng dần theo tỉ lệ biodiesel phối trộn với dầu diesel là phù hợp, bởi lẽ biodiesel có khối lƣợng riêng lớn hơn diesel dầu mỏ đƣợc sử dụng để phối trộn. Tuy nhiên, các giá trị về khối lƣợng riêng ở tất cả các mẫu vẫn đảm bảo ở mức cho phép theo tiêu chuẩn Việt Nam.
3.6.3. Hàm lượng lưu huỳnh
Tiến hành xác định hàm lƣợng lƣu huỳnh ở các mẫu diesel blend đã đƣợc phối trộn bằng cách sử dụng máy phân tích hàm lƣợng lƣu huỳnh TS-100V theo
dầu mỏ có phối trộn biodiesel ở các tỉ lệ khác nhau về thể tích Mẫu B0 B2 B4 B6 B8 B10 Hàm lƣợng S (ppm) 168.44 164.69 161.43 157.31 154.12 144.39 %khối lƣợng S 0.00168 0.00164 0.00161 0.00157 0.00154 0.00144
Hình 3.24. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi hàm lượng lưu huỳnh các mẫu diesel blend
Nhận xét: Các mẫu phân tích đều có hàm lƣợng lƣu huỳnh đạt tiêu chuẩn Việt Nam (theo TCVN 5689:2013, hàm lƣợng S ≤ 0.05% khối lƣợng tƣơng đƣơng 500ppm). Do Biodiesel có hàm lƣợng lƣu huỳnh bằng 0 nên khi phối trộn với nhiên liệu diesel thƣơng phẩm sẽ là giảm đáng kể hàm lƣợng lƣu huỳnh trong hỗn hợp nhiên liệu. Đây là một ƣu điểm đáng kể của biodiesel trong việc tăng tuổi thọ động cơ (giảm mài mòn động cơ), bảo vệ môi trƣờng và sức khỏe con ngƣời nhờ giảm lƣợng khí thải SOx ra không khí.
3.6.4. Thành phần cất ở áp suất khí quyển
Đặc tính chƣng cất (tính bay hơi) của các hydrocarbon thƣờng ảnh hƣởng quyết định đến độ an toàn và mục đích sử dụng chúng, đặc biệt đối với các nhiên
liệu và dung môi. Tính bay hơi là chỉ tiêu chính xác định xu hƣớng tạo hơi có nguy cơ nổ của các hydrocarbon. Nó cũng là chỉ tiêu quan trọng của cả xăng ô tô và xăng máy bay do ảnh hƣởng đến sự khởi động máy, hâm nóng máy. Sự có mặt của các thành phần có điểm sôi cao trong các nhiên liệu này hoặc các nhiên liệu khác có thể ảnh hƣởng đến sự tạo thành cặn. Vì vậy, các chỉ tiêu kỹ thuật của các sản phẩm dầu mỏ nói chung bao gồm giới hạn các sản phẩm có tính bay hơi phù hợp.
Tiến hành xác định thành phần cất của các mẫu đã phối trộn bằng thiết bị chƣng cất tự động với thể tích mẫu là 100ml (tƣơng ứng 100%). Kết quả phân tích đƣợc trình bày ở bảng 3.12.
Bảng 3.12. Thành phần cất của các mẫu diesel blend được điều chế từ diesel dầu mỏ có phối trộn biodiesel ở các tỉ lệ khác nhau về thể tích
Mẫu % Thể tích bay hơi B0 B2 B4 B6 B8 B10 1 196.60C 192.10C 195.60C 200.20C 201.00C 198.00C 10 220.10C 220.20C 219.40C 223.00C 222.60C 221.40C 50 267.00C 267.50C 270.10C 272.90C 274.40C 275.90C 90 338.90C 338.50C 345.20C 348.40C 349.20C 352.10C
Nhận xét: Từ bảng thành phần cất, ta thấy 3 khoảng nhiệt độ quan trọng nhất là 1-10%V bay hơi (đặc trƣng cho khả năng khởi động động cơ), 50%V bay hơi (đặc trƣng cho khả năng tăng tốc), 90%V bay hơi (đặc trƣng cho khả năng cháy hết) của các mẫu diesel blend đều đạt tiêu chuẩn Quốc gia (<3600C).
Mặt khác, do biodiesel có độ nhớt và tỉ trọng lớn hơn mẫu diesel dầu mỏ nên nhiệt độ cháy hết tại 90% V bay hơi tăng dần khi hàm lƣợng biodiesel tăng dần.
Bảng 3.13. Chỉ số cetan của các mẫu diesel blend được điều chế từ diesel dầu mỏ có phối trộn biodiesel ở các tỉ lệ khác nhau về thể tích
Mẫu B0 B2 B4 B6 B8 B10
Chỉ số xetan 57.0 56.8 56.3 56.3 55.8 55.2
Nhận xét: Từ bảng 3.13 cho thấy, chỉ số cetan của các mẫu đã đƣợc phối trộn Biodiesel đều đạt tiêu chuẩn TCVN 5689:2013 ( lớn hơn 47).
*Kết luận: Các mẫu diesel dầu mỏ sau khi đƣợc phối trộn biodiesel theo các tỉ lệ % thể tích khác nhau để tạo các mẫu diesel blend khác nhau đều đạt tiêu chuẩn Quốc gia và hoàn toàn có thể sử dụng thay thế nhiên liệu diesel 100% ( có nguồn gốc từ dầu mỏ). Tùy theo mục đích sử dụng và thƣơng mại mà có thể áp dụng các tỉ lệ phối trộn cho phù hợp.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
A. KẾT LUẬN
Trong quá trình thực hiện đề tài nghiên cứu, chúng tôi đã thu đƣợc những kết quả sau:
- Đã xây dựng thành công quy trình tổng hợp hạt nano oxit sắt từ Fe3O4NP, thu đƣợc các hạt Fe3O4 có kích thƣớc nano trong khoảng 10 – 17 nm và siêu thuận từ.
- Phủ thành công chitosan lên bề mặt hạt nano Fe3O4NP tạo loại vật liệu nano từ tính Fe3O4NPs-chitosan và cố định thành công enzyme lipase lên bề mặt chất mang Fe3O4NPs-chitosan.
- Điều chế thành công biodiesel từ phản ứng este chéo hóa dầu thực vật sử dụng xúc tác enzyme lipase cố định trên chất mang Fe3O4NPs-chitosan, mở ra một hƣớng đi mới trong công nghệ xúc tác cho phản ứng este chéo hóa trong công nghiệp sản xuất biodiesel-nhiên liệu sinh học tái tạo, an toàn, thân thiện với môi trƣờng.
- Đã phối trộn biodiesel với diesel có nguồn gốc từ dầu mỏ, theo các tỷ lệ phối trộn 2, 4, 6, 8, 10% thể tích. Đã đánh giá chất lƣợng sản phẩm sau phối trộn với kết quả các mẫu phối trộn tại các tỷ lệ đều đạt theo TCVN 5689: 2013.
B. KIẾN NGHỊ
Luận văn đã thực hiện đƣợc một số kết quả, nhƣng do thời gian có hạn vẫn còn nhiều vấn đề cần quan tâm nghiên cứu tiếp, cụ thể:
- Điều chế biodiesel từ phản ứng este chéo hóa các loại dầu khác dầu đậu nành, dầu thực vật đã qua sử dụng,…
- Tiếp tục nghiên cứu theo hƣớng sâu hơn nội dung của đề tài: tiếp tục khảo sát các tỷ lệ đến 20% thể tích biodiessel vào diesel có nguồn gốc từ dầu mỏ
- Tiếp tục nghiên cứu các hƣớng điều chế Biodiesel, tìm các tỷ lệ pha chế thích hợp nhằm để nâng cao chất lƣợng, giảm thiểu ô nhiễm môi trƣờng, đem lại lợi nhuận cho các đơn vị chế biến và kinh doanh xăng dầu, đem lại lợi ích cho đất nƣớc.
[1] Bộ khoa học và công nghệ, “Thông tư về việc ban hành và thực hiện Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về xăng, nhiên liệu diezen và nhiên liệu sinh học”, số 22/2015/TT-BKHCN, 11/11/2015.
[2] Bộ khoa học và công nghệ, Tiêu chuẩn Quốc gia, “Sản phẩm dầu mỏ - Phương pháp xác định thành phần cất ở áp suất khí quyển”, TCVN 2698:2007.
[3] Bộ khoa học và công nghệ, Tiêu chuẩn Quốc gia,”Dầu thô và sản phẩm dầu mỏ dạng lỏng – xác định khối lượng riêng, khối lượng riêng tương đối, hoặc khối lượng Api – Phương pháp tỉ trọng kế”, TCVN 6594:2007. [4] Bộ khoa học và công nghệ, Tiêu chuẩn Quốc gia, “Hydrocacbon nhẹ,
nhiên liệu động cơ đánh lửa, nhiên liệu động cơ diesel và dầu động cơ – phương pháp xác định tổng lưu huỳnh bằng huỳnh quang tử ngoại”, TCVN 7760:2008.
[5] Bộ khoa học và công nghệ, Tiêu chuẩn Quốc gia, “Chất lỏng dầu mỏ trong suốt và không trong suốt – Phương pháp xác định độ nhớt động học ( và tính toán độ nhớt động lực)”, TCVN 3171:2007.
[6] Bùi Tấn Nghĩa (2013), “Nghiên cứu sử dụng vật liệu nano từ tính CoFe2O4 làm chất mang xúc tác cho phản ứng Knoevenagel, Sonogashira, Suzuki, Heck”, Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Trƣờng đại học Bách khoa Hồ Chí Minh
[7] Ngô Minh Đức, “Nghiên cứu chế tạo hệ xúc tác Spinel Zn-Al và hydrotanxit Mg-Al trên nền γ - Al2O3 để tổng hợp Biodiesel”, luận án tiến sĩ, trƣờng Đại học Khoa học- Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội. [8] Nguyễn Hoàng Hải (2005), “Chế tạo và ứng dụng hạt nano từ tính trong
sinh học”, Báo cáo tại Hội nghị Vật lý toàn quốc lần thứ 6, Hà Nội
[9] Trần Bội Ngọc, “Nghiên cứu, cải thiện tính chất của nhiên liệu Biodiesel từ các loại dầu mỡ động thực vật ở Việt Nam”,trƣờng đại học Bách khoa, Đại học Quốc gia TP.Hồ Chí Minh.
2/ Tiếng Anh
[10] Abab JM, Mertens SF, Pita M, Femández VM, Schiffrin DJ (2005), “Functionalization of thioctic acid-capped gold nanoparticles for specific immobilization of histidine-tagged proteins”, J Am Chem Soc, 127(15):5689-94.
[11] B. R. Pieters and G. Bardeletti, "Enzyme immobilization on a low-cost magnetic support: Kinetic studies on immobilized and coimmobilized glucose oxidase and glucoamylase," Enzyme Microb. Technol. Vol. 14, no. 5, pp. 361–370, May. 1992.
[12] Cao LQ: Immobilised enzymes: science or art? Curr Opin Chem Biol 2005, 9:217-226.
[13] C. Chanéac, E. Tronc, J. P. Jolivet (1996), “Journal of materials chemistry”, Issue 8, pp. 1249-1453.
[14] Chen YZ, Ching CB, Xu R: Lipase immobilization on modified zirconia nanoparticles: Studies on the effects on modifiers. Precess Biochem 2009,44:1245-1251.
[15] Dobson J;Magnetic nanoparticles for drug delivery; Drug Dev Res 2006;67(1): 55-60.
[16] Eliane P. Cipolatti a, María José A. Silva a, Manuela Klein a, Vivian Feddern, Maria Manuela C. Feltes, J. Vladimir Oliveira, Jorge L. Ninow, Débora de Oliveira; Current status and trends in enzymatic nanoimmobilization; Journal of Molecular Catalysis B: Enzymeeatic 2014; 99: 56–67.
[17] Her J, Smith J, Medley C, Shangguan D, Tan W;Aptamer-conjugated nanoparticles for selective collection and detection of cancer cells; Anal Chem 2006;78(9);2918 – 2924.
[18] Jain TK, Morales MA, Sahoo SK, Leslie-Pelecky DL, Labhasetwar V; Iron oxide nano – particles for sustained delivery of anticancer agents; Mol Pharm 2005;2(3): 194-205.
[19] J. M. D. Coey (2009), “Magnetism and Magnetic Materials”, United States of American by Cambridge University Press, p.422.
[21] Kurt E. Sickafus , John M. Wills, Norman W. Grimes; Structure of Spinel; Journal of the American Ceramic Society 1999; 82: 3279.
[22] Lee D, Ponvel K, Kim M, Hwang S, Ahn I, Lee C (2009), “Immobilization of lipase on hydrophbic nano-sized magnetite particles”, Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic, Vol 57 (1), pp. 62-66. [23] Lee, J.; Lee, Y.; Youn, J.; Na, H.; Yu, T.; Kim, H.; Lee, S.; Koo, Y.;
Kwak, J.; Park, H; Simple synthesis of functionalized superparamagnetic magnetite/silica core/shell nanoparticles and their application as magnetically separable high-performance biocatalysts; Small. 4(2008), pp. 143.
[24] Magdy M.M. Elnashar (2011), “The Art of Immobilization Using Biopolymers, Biomaterials and Nanobiotechnology”, Egypt.
[25] Mateo C, Palomo JM, Fernandez-Lorente G, Guisan JM,
FernandezLafuente R: Improvement of enzyme activity, stability and selectivity via immobilization techniques. Enzyme Microb Technol 2007, 40:1451-1463.
[26] M. F. Elkady, Ahmed Zaatout, and Ola Balbaa (2015). “Production of Biodiesel from Waste Vegetable Oil via KM Micromixer”. indawi Publishing Corporation Journal of Chemistry Bume B. 14. pp. 329-335 [27] Neuberger T, Schopf B, Hofmann H, Hofmann M, Von Rechenberg B;
Superparamagnetic nanoparticles for biomedical applications: possibilities and limitations of a new drug delivery system; J Magn Magn Mater 2005; 39(1):483 - 496.
[28] Petkar M, Lali A, Caimi P, Daminati M: Immobilization of lipase for nonaqueous synthesis. J Mol Catal B Enzym 2006, 39:83-90.
[29] Schultz N, Syldatk C, Franzreb M, Hobley T.J; Integrated Processing and Multiple Re-Use of Immobilised Lipase by Magnetic Separation Technology; Journal of Biotechnology 2007; 132: 202-208.
[30] Schoemaker HE, Mink D, Wubbolts MG (2003), “Dispelling the myths- biocatalysis in industrial synthesis”, Science, 299(5613):1694-7.
[31] T. Bahar and S. S. Celebi, "Characterization of glucoamylase immobilized on magnetic poly (styrene) particles," Enzyme Microb. Technol. Vol. 23, no. 5, pp. 301–304, October. 1998.
[32] W. Aehle (2004), “Enzyme in Industry”, WILEY-VCH Verlag GmbH & Co.KGa, Weinheim
[33] W. D. Kingery et al (1976), “Introduction to Ceramics”, John Wiley & Sons, Inc, vol. 2nd edition.
[34] Wen Wang (2011), “Immobilization of enzyme on functionalized magnetic nanoparticles for efficient biocatalysis”, A thesis submitted for the degree of doctor of philosophy in chemical and pharmaceutical enginneering, National University of Singapore.
[35] Wenlei Xie, Jianlong Wang; Immobilized lipase on magnetic chitosan microspheres for transesterification of soybean oil; Biomass and Bioenergy 2012; 36: 373–380.
[36] Wu Y, Wang YJ, Lou GS, Dai YY: In situ preparation of magnetic Fe3O4-chitosan nanoparticles for lipase immobilization by cross-linking and oxidation in aqueous solution. Bioresource Technol 2009, 100:3459- 3464.
[37] Wu Y, Wang YJ, Lou GS, Dai YY: In situ preparation of magnetic Fe3O4-chitosan nanoparticles for lipase immobilization by cross-linking and oxidation in aqueous solution. Bioresource Technol 2009, 100:3459- 3464.
[38] Yu Lu, Yadong Yin, Brian T. Mayers, Younan Xia (2002), “Modify the Surface Properties of Superparamagnetic Iron Oxide Nanoparticles through A Sol-Gel Approach”, Nano Letters, 2(3), pp. 183-186.
[39] Zigeuner R E, Riesenberg R, Pohla H, Hofstetter A and Oberneder R; Isolation of circulating cancer cells from whole blood by immunomagnetic cll enrichment and unenriched immunocytochemistry in vitro; J.Urol. 169 (2003), pp.701 – 705.