- Căn cứ vào bảng 4.1 và hình 4.1Với tỉ lệ mol metanol/ dầu thải là 3:1 thì hiệu suất phản ứng là thấp nhất. Khi tăng tỉ lệ mol metanol/dầu lên từ từ thì phản ứng chuyển hĩa tốt, khối lượng sản phẩm thu được tăng. Vì phản ứng transeste hĩa là phản ứng thuận nghịch nên khi tăng hàm lượng một trong hai tác chất thì cân bằng dịch chuyển theo chiều làm tăng hiệu suất phản ứng tổng hợp BDF. Khi tăng tỉ lệ metanol/dầu lên 6:1 thì hiệu suất đạt cao nhất và sản phẩm BDF tương đối sạch, khơng cịn lẫn đi-, monoglyxerit (căn cứ vào hình 4.2), nhưng khi tiếp tục tăng tỉ lệ mol metanol/dầu thì hiệu suất tổng hợp BDF giảm xuống.Vì khi phản ứng đã đạt tới trạng thái cân bằng thì dù cĩ tăng lượng metanol lên thì hiệu suất hiệu suất cũng gần như khơng đổi nhưng nếu ta tiếp tục tăng lượng metanol lên thì hiệu suất cĩ chiều hướng giảm do metanol tan tốt trong glyxerol và BDF, làm chậm quá trình tách lớp của sản phẩm gây khĩ khăn và tăng chi phí cho quá trình rửa sản phẩm, làm giảm hiệu suất phản ứng. Do đĩ việc sử dụng rượu cũng phải đúng liều lượng, tránh việc hao tốn metanol khơng cần thiết. Vậy tỉ lệ mol metanol/dầu là 6:1 thì phản ứng tổng hợp BDF đạt hiệu suất cao nhất và sạch.
4.2. Khảo sát ảnh hưởng của lượng xúc tác NaOH đến hiệu suất tổng hợp BDF.
- Để khảo sát ảnh hưởng của lượng xúc tác NaOH đến hiệu suất tổng hợp BDF. Ta thực hiện thí nghiệm phản ứng transeste hĩa 100g dầu ăn đã qua sử dụng ở nhiệt độ 60oC, thời gian 60 phút, tốc độ khuấy 600 vịng/phút, tỉ lệ (mol) metanol/ dầu là 6:1 với các tỉ lệ % khối lượng (g) NaOH/dầu khác nhau. Mỗi thí nghiệm lặp lại hai lần lấy kết quả trung bình, ta thu được bảng 4.2.
Bảng 4.2: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ %(g) NaOH/dầu, ở 60oC, thời gian 60 phút, tốc độ khuấy 600 vịng/phút, tỉ lệ (mol) metanol/dầu là 6:1.
Tỉ lệ (g) NaOH/ dầu 0,2g 0,3g 0,6g 0,9g 1,2g Khối lượng BDF thu
được (g) 81,61g 85,59g 87,45g 78,79g 61,47g Khối lượng BDF lý
thuyết (g) 100,46g
H% 81,24% 85,20% 87,05% 78,43% 61,29%
Ảnh hưởng của NaOH đến H% tổng hợp BDF
40 50 60 70 80 90 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4
Khối lượng (g) NaOH
H % tổ n g h ợ p B D F
Hình 4.3: Đồ thị ảnh hưởng của tỉ lệ % khối lượng (g) NaOH/dầu .
Hình 4.4: Sắc kí bản mỏng sản phẩm BDF ở các tỉ lệ NaOH khác nhau.
- Căn cứ vào bảng 4.2 và hình 4.3 ta thấy với lượng NaOH bắt đầu là 0,2 % thì phản ứng xảy ra tương đối cao. Và khi tăng từ từ lượng NaOH lên 0,6% thì phản ứng xảy ra theo chiều hướng tốt, lượng BDF thu được cao. Vì NaOH đĩng vai trị là chất
xúc tác cĩ tác dụng làm tăng tốc độ phản ứng và làm cho phản ứng xảy ra dễ dàng hơn. Nếu lượng xúc tác ít sẽ khơng đủ xúc tiến trong phản ứng. Nhưng khi tăng lượng NaOH lên lần lượt là 0,9 % và 1,2% thì hiệu xuất cĩ chiều hướng giảm xuống, điều này là do bên cạnh phản ứng transeste hĩa cịn xảy ra phản ứng xà phịng hĩa giữa triglyxerit và NaOH (nếu NaOH nhiều) tạo thành xà phịng và glyxerol làm giảm hiệu suất tổng hợp BDF. Bên cạnh đĩ xà phịng sinh ra nhiều làm khĩ khăn cho quá trình rửa, làm thất thốt sản phẩm nên cũng gĩp thêm phần làm giảm lượng BDF thu được. Vì thế trong phản ứng transeste hĩa việc sử dụng xúc tác NaOH đúng tỉ lệ là hết sức quan trọng để đạt hiệu suất tổng hợp BDF cao. Ứng với lượng xúc tác NaOH là 0,6% thì hiệu suất phản ứng là cao nhất và sản phẩm sạch khơng lẫn đi-, monoglyxerit (căn cứ vào kết quả sắc kí bản mỏng ở hình 4.4) .
4.3. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất tổng hợp BDF.
- Để khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến hiệu suất tổng hợp BDF. Ta thực hiện thí nghiệm phản ứng transeste hĩa 100g dầu ăn đã qua sử dụng với thời gian 60 phút, tốc độ khuấy 600 vịng/phút, tỉ lệ (mol) metanol/dầu là 6:1, tỉ lệ % khối lượng (g) NaOH/dầu là 0,6% ở các nhiệt độ phản ứng khác nhau. Mỗi thí nghiệm lặp lại hai lần lấy kết quả trung bình, ta thu được bảng 4.3.
Bảng 4.3: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến hiệu suất tổng hợp BDF
Nhiệt độ phản ứng 40oC 50 oC 60 oC 70 oC 80 oC Khối lượng BDF thu
được (g) 83,08g 84,65g 87,45g 84,64g 77,80g Khối lượng BDF lý
thuyết (g) 100,46g
Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất tổng hợp BDF 76 78 80 82 84 86 88 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 H iệ u s u ấ t tổ n g h ợ p B D F
Hình 4.5: Đồ thị ảnh hưởng của nhiệt độ (o
C) đến hiệu suất tổng hợp BDF
Hình 4.6: Sắc kí bản mỏng sản phẩm BDF ở các nhiệt độ phản ứng khảo sát.
- Căn cứ vào bảng 4.3 và hình 4.5 ta thấy Khi tăng nhiệt độ phản ứng từ 40oC lên 50 oC, 60 oC thì hiệu suất phản ứng tổng hợp BDF tăng lên. Nhưng khi tiếp tục tăng nhiệt độ lên 70 o
C, 80 oC thì hiệu suất cĩ chiều hướng giảm xuống. Điều này là do nhiệt độ cĩ xúc tiến cho phản ứng. Khi tăng nhiệt độ thì khả năng hịa tan của dầu và metanol tốt hơn làm cho phản ứng chuyển hĩa tốt hơn. Nhưng nếu nhiệt độ quá cao thì một phần metanol sẽ bị bay hơi (nhiệt độ bay hơi của metanol là 65oC) làm giảm một phần metanol làm cho lượng BDF sinh ra thấp hơn. Mặt khác, nhiệt độ quá cao cĩ thể dẫn đến phân hủy sản phẩm hoặc phản ứng sẽ xảy ra theo các quá trình khác làm giảm hiệu suất tổng hợp BDF.Tĩm lại nhiệt độ cĩ tác dụng xúc tiến cho phản ứng xảy ra tốt hơn nhưng nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sơi của rượu thì hiệu suất sẽ giảm xuống . Từ đồ thị hình 4.5 và kết quả sắc kí bản mỏng hình 4.6 ta thấy ở nhiệt độ 60oC thì hiệu suất phản ứng là 87,45% đạt cao nhất và sản BDF sạch khơng cịn lẫn đi-, monoglyxerit.
Nhiệt độ phản ứng o C
Do đĩ ta chọn nhiệt độ tối ưu để tổng hợp BDF bằng phương pháp khuấy từ gia nhiệt xúc tác NaOH là 60oC.
4.4. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hiệu suất tổng hợp BDF.
- Để khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hiệu suất tổng hợp BDF. Ta thực hiện thí nghiệm phản ứng transeste hĩa 100g dầu ăn đã qua sử dụng ở nhiệt độ 60oC, thời gian 60 phút, tốc độ khuấy 600 vịng/phút, tỉ lệ (mol) metanol/dầu là 6:1, tỉ lệ % khối lượng (g) NaOH/dầu là 0,6% với các thời gian phản ứng khác nhau. Mỗi thí nghiệm lặp lại hai lần lấy kết quả trung bình, ta thu được bảng 4.4.
Bảng 4.4: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến H% tổng hợp BDF.
Thời gian thực hiện phản ứng 30 phút 60 phút 90 phút 120 phút Khối lượng BDF thu được (g) 83,89g 87,45g 82,84g 82,25g Khối lượng BDF lý thuyết (g) 100,46g
H% 83,51% 87,05% 82,46% 81,87%
Ảnh hưởng của thời gian thực hiện phản ứng
81 82 83 84 85 86 87 88 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130
Thời gian thực hiện phản ứng (phút)
H iệ u s u ấ t tổ n g h ợ p B D F
Hình 4.7: Đồ thị ảnh hưởng của thời gian thực hiện phản ứng đến H% tổng hợp BDF
Hình 4.8 : Sắc kí bản mỏng sản phẩm BDF của các thời gian thực hiện phản ứng khảo sát.
- Căn cứ vào bảng 4.4 và hình 4.7 ta thấy sau 30 phút phản ứng thì khối lượng sản phẩm BDF thu được là 83,89 gam. Khối lượng này cũng tương đối cao, khi tăng thời gian phản ứng lên 60 phút thì hiệu suất phản ứng tiếp tục tăng, nhưng khi tăng thời gian lên 90 phút thì hiệu suất bắt đầu giảm. Khi tăng thời gian lên thì khối lượng sản phẩm cĩ chiều hướng tăng. Vì khi tăng thời gian phản ứng tức là tăng thêm thời gian khuấy trộn, hay nĩi cách khác là làm tăng thời gian tiếp xúc của tác chất trong phản ứng, điều đĩ giúp phản ứng thuận nghịch đạt hiệu quả hơn. Nhưng khi thời gian phản ứng quá lâu thì hiệu suất cĩ chiều hướng giảm. Do thời gian phản ứng kéo dài qua mức phản ứng đạt trạng thái cân bằng thì sẽ làm chuyển dịch cân bằng phản ứng tạo thành dầu thải và metanol vì lúc này lượng BDF tạo thành nhiều. Ngồi ra cịn cĩ thể xảy ra phản ứng xà phịng hĩa BDF (vì cĩ xúc tác NaOH) làm giảm hiệu suất phản ứng. Tĩm lại, phản ứng transeste hĩa điều chế BDF diễn ra nhanh và tốt chỉ trong khoảng thời gian ngắn, thời gian thời kéo dài quá lâu khơng cần thiết cho phản ứng. Vậy dựa vào hình 4.7 và kết quả sắc kí hình 4.8 ta chọn thời gian tốt nhất để thực hiện phản ứng là 60 phút.
4.5. Tiến hành thí nghiệm với mẫu lớn
- Tiến hành thực hiện phản ứng transeste hĩa với mẫu lớn 200g dầu thải ở các điều kiện tốt nhất đã khảo sát ở trên:
Tỉ lệ mol metanol/dầu là 6:1
Tỉ lệ khối lượng NaOH là 0,6%
Nhiệt độ phản ứng là 60o C
- Thực hiện thí nghiệm hai lần lấy kết quả trung bình thu được bảng 4.5
Bảng 4.5: Kết quả hai mẫu lớn
Mẫu 1 2
Khối lượng BDF thực tế (g) 189,6g 189,83g
Khối lượng BDF lí thuyết (g) 200,92g 200,92g
Hiệu suất 94,37% 94,48%
Hình 4.9: Sắc kí bản mỏng hai mẫu lớn
Nhận xét : Khi áp dụng các điều kiện tốt nhất đã khảo sát để thực hiện mẫu lớn
thì ta thấy hiệu suất đạt rất cao lên đến 94,48% và sạch khơng cĩ lẫn đi-, monoglyxerit (dựa vào bảng 4.5 và kết quả sắc kí hình 4.9). Khi thực hiện mẫu càng lớn thì ta càng giảm được sự hao hụt sản phẩm trong quá trình làm khan và lọc BDF.
Chương 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
5.1. Kết luận:
Qua quá trình lược khảo tài liệu và tiến hành thí nghiệm ở qui mơ phịng thí nghiệm đã đạt được kết quả như sau :
- Từ loại phế phẩm gây ơ nhiễm mơi trường là dầu ăn đã qua sử dụng đã tổng hợp thành cơng BDF, bằng phương pháp khuấy từ gia nhiệt xúc tác NaOH.
- Đã khảo sát thành cơng đưa ra các điều kiện tối ưu để tổng hợp BDF bằng phương pháp trên là :
Tỉ lệ mol metanol/dầu là 6:1
Tỉ lệ % khối lượng (g) NaOH/dầu là 0,6%
Nhiệt độ phản ứng là 60o C
Thời gian phản ứng là 60 phút.
- Định tính BDF bằng phương pháp sắc kí bản mỏng với hệ dung mơi là petroleum ete : clorofom = 3:1 (tỉ lệ về thể tích ). Chất hiện màu là hơi iốt.
- Sản phẩm phụ (chủ yếu là glyxerol) sau phản ứng cĩ thể tận dụng làm chất đốt bằng cách trộn cùng với mạt cưa, chẳng những xử lý được phế phẩm khơng gây ơ nhiễm mơi trường mà cịn thu được năng lượng phục vụ trong sinh hoạt sản xuất.
5.2. Kiến nghị
Do khả năng, thời gian và điều kiện phịng thí nghiệm cĩ hạn nên nội dung đề tài cịn một số hạn chế và những vấn đề hạn chế này sẽ là mục tiêu của những nghiên cứu tiếp theo. Hướng kiến nghị cho những nghiên cứu sắp tới là :
- Các kết quả đạt được ở trên, là được thực hiện ở qui mơ phịng thí nghiệm. Nên nếu cĩ điều kiện thì nên áp dụng các kết quả trên vào qui mơ lớn hơn để xem các kết quả đĩ cĩ phù hợp với sản xuất qui mơ lớn khơng.
- Nếu cĩ điều kiện, trang thiết bị hiện đại tiếp tục nghiên cứu tiến hành xác định thành phần hĩa học và các chỉ tiêu chất lượng của BDF( trị số cetan, octan, điểm đơng đặc, điểm chớp cháy, độ nhớt) sau khi tổng hợp.
- Nghiên cứu thu hồi và làm sạch glycerol từ quá trình tách glycerin và BDF. - Thử nghiệm BDF tổng hợp được trên động cơ diesel và đo các chỉ tiêu khí thải. - Sử dụng chất xúc tác KOH hoặc CH3ONa nhằm so sánh hiệu suất tổng hợp BDF với chất xúc tác NaOH.
- Nghiên cứu sâu và kĩ hơn nữa các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp BDF như tốc độ khuấy, nhiệt độ ,thời gian, tỉ lệ metanol/dầu, lượng chất xúc tác.
Nhà nước nên cĩ chính sách hổ trợ để nhiên liệu BDF được sử dụng rộng rãi hơn, phổ biến hơn trong đời sống hằng ngày như giảm thuế nhập khuẩu đối với metanol, Khuyến cáo người dân sử dụng BDF, tổ chức hội thảo về lợi ích của BDF đối với vấn đề mơi trường và sự đe dọa khạn kiệt nhiên liệu diesel trong tương lai nhằm làm tăng sự hiểu biết của người dân về loại nhiên liệu sạch này.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. ThS PHÙNG MINH LỘC – KS. HỒ ĐỨC TUẤN, ― Nghiên cứu sử dụng dầu thực vật Việt Nam là nhiên liệu cho diesel cỡ nhỏ‖, Tạp chí khoa học – Cơng nghệ thủy sản, trang 51, số 01/2008.
[2]. PGS.TS. ĐINH THỊ NGỌ - TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG, ―Các q trình xử lí để sản xuất nhiên liệu sạch‖, nhà xuất bản khoa học kĩ thuật.
[3]. Kulkarni MG, Dalai AK, 2006. Waste cooking oil-An economical source for biodiesel: a review. Ind. Eng. Chem. Res, 45:2901-2913
[4]. Cvengros J, Cvengrosova Z, 2004. Used Frying Oils and Fats and their Utilization in the Production of Methyl Esters of Higher Fatty Acids. Biomass Bioenergy, 27:173-
181
[5]. Meng X, Chen G, Wang Y, 2008. Biodiesel production from waste cooking oil via alkali catalyst and its engine test. Fuel processing technology, 89:851-857.
[7]. Nawar WW, 1984. Chemical changes in lipids produced by thermal processing. J.
Chem. Ed, 61:299-302.
[8]. Liu K, 1994. Preparation of fatty acid methyl esters for gas chromatography analysis of lipids in biological materials. J. Am. Oil Chem. Soc, 71:1179-1187
[9]. Freedman B, Butterfield RO, Pryde EH, 1986. Transesterification kinetics of soybean oil. J Am Oil Chem Soc, 63:1375–80
[10]. Bala BK, 2005. Studies on biodiesels from transformation of vegetable oils for diesel engines. Energy Edu Sci Technol, 15:1–43
[11]. Anonymous, 2006. Biodiesel Handling and Use Guidelines. U.S. Department of
Energy
[12]. Al-Zuhair S, Almenhali A, Hamad I, Alshehhi M, Alsuwaidi N, Mohamed S, 2010. Enzymatic production of biodiesel from used/waste vegetable oils: Design of a pilot plant. Renewable Energy, doi:10.1016/j.renene.2010.05.010
[13]. Arruda LF, Borghesi R, Oetterer M, 2007. Use fish waste as silage – a review.
Braz Arch Biol Technol, 50(5):879–86
[14]. Azam MM, Waris A, Nahar NM, 2005. Prospects and potential of fatty acid methyl esters of some non-traditional seed oils for use as biodiesel in India. Biomass and Bioenergy, 2:293–302
[15]. Canakci M, 2007. The potential of restaurant waste lipids as biodiesel feedstocks.
Bioresource Technology, 98:183–90
[16]. Di Serio M, Tesser R, Dimiccoli M, Cammarota F, Nasatasi M, Santacesaria E, 2005. Synthesis of biodiesel via homogeneous Lewis acid catalyst. J. Mol. Catal,
239:111-115
[17]. Soumanou MM, Bornscheuer UT, 2003. Improvement in lipase-catalysed synthesis of fatty acid methyl esters from sunflower oil. Enzyme Microbiol Technol,
33:97–103. Trang website [18]. http://en.wikipedia.org/wiki/Vegetable_fast_and_oils [19]. http://www.oto-hui.com/diendan/fl793-biodiesel-4277 [20]. http://en.wikipedia.org/wiki/Biodiesel [21]. http://picompany.com.vn/Default [22]. http://www3.congnghedaukhi.com/cndk-News-28.html [23]. http://2hins.com.vn/detailnews.php?id=45&nn=vn [24]. http://hoahocngaynay.com/vi/nghien-cuu-giang-day/bai-nghien-cuu/320-diesel- sinh-hoc-va-trien-vong-phat-trien.html [25]. http://khaiquatbiodiesel.blogspot.com/2007/01/nhc-im-ca-biodiesel.html
[26]. TRẦN KIỀU OANH (2008), luận văn thạc sĩ ― Nghiên cứu quy trình tổng hợp dầu diesel sinh học (biodiesel) và dầu nhờn sinh học (biolubricant) từ mỡ cá basa‖, trường đại học Cần Thơ
[27]. NGUYỄN HỒNG LI (2007), luận văn tốt nghiệp đại học ― Tổng hợp diesel sinh học từ dầu ăn đã qua sử dụng‖, trường đại học Cần thơ.
[28]. PHẠM THỊ NGỌC KHANH (2005), tiểu luận tốt nghiệp ― Điều chế biodiesel từ dầu dừa‖, trường đại học khoa học tự nhiên.
[29]. NGUYỄN ANH KHOA (2010), đồ án mơn học chuyên nghành ―Sản xuất biodiesel từ nguyên liệu cĩ nguồn gốc dầu mỡ động thực vật‖.
PHỤ LỤC
Hình 1: Biodiesel tinh kiết Hình 2: Dầu ăn đã qua sử dụng