CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.2 Tính chất lý hóa của dimethylfuran
Về tính chất lý hóa: DMF là một chất lỏng trong suốt màu vàng và có tính nhớt như dầu, có mùi thơm. DMF rất dễ cháy, có thể nhạy cảm khi tiếp xúc với khơng khí (nhưng khơng mạnh), khơng tan trong nước. Về phản ứng: DMF có thể phản ứng rất mạnh với các chất ơxy hóa, nhưng chúng hầu như không phản ứng với các axit và bazơ mạnh.
Cơng thức hóa học của DMF: C6H8O
Hình 1.6 Cấu trúc phân tử của DMF
Trên thực tế, DMF từ lâu đã được sử dụng làm dung môi trong ngành nước hoa và dược phẩm. Ngồi ra, DMF có tính chất hóa lý thích hợp để trở thành một loại nhiên liệu thay thế tối ưu. Các tính chất hóa lý của DMF, etanol, n-butanol, xăng và dầu điêzen được liệt kê trong Bảng 1.2. Các tính chất này đã chỉ ra rằng DMF đã khắc phục được những hạn chế của etanol và n-butanol.
Bảng 1.2 So sánh tính chất hóa lý của DMF, cồn và nhiên liệu hóa thạch [20]
Tính chất DMF Etanol 1-butanol Xăng Điêzen
Công thức phân tử C6H8O C2H6O C4H10O Khối lượng phân tử
(g/mol)
96,13 46,07 74,12 100-105
Hàm lượng hydro (%) 8,32 13,02 13,49 Hàm lượng cacbon (%) 75,01 52,2 64,91 Tỷ số A/F 10,72 8,95 11,2 14,7 14,3 Mật độ chất lỏng (kg/m3, 20oC ) 889,7 790,9 810 744,6 820
Ẩn nhiệt hóa hơi (kJ/kg từ 25 oC ) 389,1 919,6 707,9 351 270- 301 Nhiệt trị thấp (MJ/kg) 33,7 26,9 33,2 42,9 42,5 Điểm sôi (oC ) 93 77,3 117,25 27-225 180- 370 Độ tan nước (wt%, 20 oC ) 0,26 Có thể trộn 7,7 Khơng đáng kể Trị số ốctan 119 110 98 90-100 - Trị số xêtan 9 8 25 10-15 40-45 Ứng suất bề mặt (mN/m) 25,9 22,3 24,6 20 Độ nhớt động học (cSt, 20oC ) 0,57 1,5 3,6 0,37-0,44
Từ Bảng 1.2, có thể thấy rằng DMF có nhiệt trị thấp cao hơn dẫn đến việc tiêu thụ ít nhiên liệu so với etanol và n-butanol. Điểm sôi cao hơn của DMF so với etanol có thể giúp hạn chế hiện tượng tắc hơi ở đường nạp. Mặt khác, điểm sôi thấp hơn của DMF so với n-butanol sẽ mang lại lợi ích cho việc khởi động nguội khi nhiệt độ môi trường thấp. So với etanol và n-butanol, DMF ít hấp thụ nước từ khơng khí dẫn đến chất lượng ít bị suy giảm khi lưu trữ. Do độ nhớt của DMF và xăng khá tương đồng
với nhau nên việc thiết lập áp suất phun của DMF trong hệ thống nhiên liệu của động cơ xăng được thực hiện một cách dễ dàng, đồng thời cũng có tác dụng bảo vệ các thành phần của hệ thống nhiên liệu động cơ. Trị số ốctan nghiên cứu (RON) của DMF là khoảng 119 [14] cao hơn xăng.
Bảng 1.3 Tính chất hóa lý của DMF tương ứng với các cơng trình nghiên cứu khác nhau
Tính chất DMF[20] DMF[21] DMF[22] DMF[23] DMF[24]
Công thức phân tử C6H8O C6H8O C6H8O C6H8O C6H8O Hàm lượng ôxy (%) 16,67 16,67 16,67 16,67 -
Tỷ lệ A/F 10,72 10,72 10,79 10,79 10,75
Khối lượng riêng (kg/m3, 20oC )
889,7 889,7 889,7 890 888
Ẩn nhiệt hóa hơi (kJ/kg từ 25 oC ) 389,1 332 332 333 380,7 Nhiệt trị thấp (MJ/kg) 33,7 32,9 33,7 33,7 33,27 Điểm sôi (oC ) 93 92 92 92-94 93 Độ tan nước (wt%, 20oC ) 0,26 Không tan Không tan - - Trị số ốctan 119 101,3 119 119 101 Nhiệt độ tự cháy (oC) 286 - 286 285.85 -
So với etanol và n-butanol, DMF có rất nhiều ưu điểm. Tuy nhiên, việc sử dụng DMF trực tiếp trong động cơ vẫn tồn tại một số vấn đề hạn chế như sau:
- DMF có mật độ năng lượng cao hơn etanol và butanol, nhưng thấp hơn
làm nhiên liệu cho động cơ xăng hoặc điêzen đòi hỏi phải tăng lượng nhiên liệu tiêu thụ, dẫn đến việc hệ thống cung cấp nhiên liệu phải hoạt động với cường độ cao hơn.
- Cấu tạo phân tử của DMF, bao gồm liên kết đơi C=C và vịng enol, có
khả năng sẽ tạo ra một lượng lớn phát thải hạt trong quá trình cháy.
- Cần tiếp tục nghiên cứu độc tính và tác động của DMF đối với mơi trường và các sản phẩm cháy của nó [25].
Do DMF là một hợp chất vừa mới được tìm thấy gần đây, nên các tính chất hóa lý của nó vẫn cịn đang được các nhà khoa học tiến hành nghiên cứu. Tương ứng với mỗi cơng trình nghiên cứu, do có sự khác biệt về phương pháp nghiên cứu, sự khác biệt về trang thiết bị đo đạc và thử nghiệm, điều kiện thực nghiệm không đồng nhất… dẫn đến sự sai khác về tính chất hóa lý của DMF. Các khác biệt này được mơ tả trong Bảng 1.3.