Chương II VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.3. Nghiên cứu chuyển hóa biodiesel từ vi tảo C. vulgaris
C. vulgaris
ấ ở
[Dang Diem Hong et al., 2013]. Trước tiên, chúng tôi tiến hành nghiên cứu các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình chuyển vị ester tại chỗ bao gồm thể tích rượu phản ứng, nhiệt độ, thời gian phản ứng, sự đảo trộn hỗn hợp phản ứng, độ ẩm của sinh khối tảo.
3.3.1.Ảnh hưởng của thể tích methanol và nhiệt độ phản ứng
49
-
chế tạ
3.4.
. Ở tất cả các nhiệt độ thí nghiệm, hiệu quả chuyển hóa biodiesel thấp nhất khi thể tích metanol phản ứng là 20 mL. Tuy nhiên khi thể tích methanol sử dụng lớn hơn 60 mL thì hiệu quả chuyển hóa không khác biệt đáng kể khi nhiệt độ phản ứng là 600C và 900C.
50
iệu suất chuyển hóa FAME từ Chlorella vulgaris.
3.3.2. Ảnh hưởng của thời gian và nhiệt độ phản ứng
Thời gian và nhiệt độ phản ứng là hai yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả chuyển hóa FAME từ vi tảo. Nói chung, phản ứng chuyển vị ester nên đƣợc tiến hành trong điều kiện nhiệt độ và thời gian thấp nhất để đảm bảo sự an toàn và tiết kiệm tối đa. Hỗn hợp phản ứng đƣợc sử dụng trong nghiên cứu này gồm 15 gam bột
sinh khối tả ệu suất
chuyển hóa FAM ờ
3.5.
ệu suất chuyển hóa FAME từ C. vulgaris
, trong cùng một điều kiện thí nghiệm, hiệu quả chuyển hóa đạt cao nhất khi nhiệt độ phản ứng là 900
(250C). Hiệu quả chuyển hóa ở 600C và 900C đạt tương đương sau thời gian phản ứng là 2 giờ và 4 giờ. Do những hạn chế trong quá trình đun nóng
51
và điều áp khi thí nghiệm ở nhiệt độ 90 C nên nhiệt độ thí nghiệm 60 C là tối ƣu hơn cả và phù hợp với điều kiện phòng thí nghiệm của chúng tôi. Chính vì vậy, chúng tôi sẽ sử dụng nhiệt độ phản ứng cho chuyển hóa là 600C cho các thí nghiệm tiếp sau.
3.3.3. Ảnh hưởng của độ ẩm của sinh khối vi tảo
Việc nghiên cứu ảnh hưởng của độ ẩm sinh khối tảo lên hiệu quả chuyển hóa FAME là quan trọng bởi vì nếu giảm bớt đƣợc công đoạn sấy khô sinh khối tảo sẽ làm giảm giá thành của sản phẩm diesel sinh học cuố ệu suất chuyể
3.6.
ệu suất chuyển hóa FAME từ sinh khối C. vulgaris.
Nhìn chung, khi độ ẩm của sinh khối tảo càng cao thì hiệu quả chuyển hóa biodiesel càng giảm. Sự chuyển hóa biodiesel hầu nhƣ bị ức chế hoàn toàn khi độ ẩm của sinh khối tảo vƣợt quá 40%. Hiệu quả chuyển hóa biodiesel khi độ ẩm là 5,4 % chỉ bằng 70% so với khi độ ẩm là 0%. Do vậy, việc sấy khô hoàn toàn sinh khối tảo là không thể thiếu trong quá trình chuyển vị ester tại chỗ.
3.3.4. Ảnh hưởng của sự khuấy trộn hỗn hợp phản ứng
52
Các điều kiện khuấy trộn nghiên cứu bao gồm: không khuấy trộ ộn trong 1 giờ rồi ngừng lại, khuấy trộn gián đoạn (1 giờ khuấy, 1 giờ ngừ
trộn liên tụ
3.2.
FAME
Các điều kiện cho thí nghiệm Hiệu suất chuyển hóa FAME từ Chlorella vulgaris (%)
Kh 23
45 52 90 Kết quả thu đƣợc đƣợc chỉ 3.2 cho thấ
, sự khuấy trộn là cần thiết để tăng cường quá trình phản ứng. Mục đích củ ấy trộ
là để ngăn chặn sự kết cục và giúp sinh khối tảo đƣợc tiếp xúc một cách đầy đủ với hỗn hợp methanol-axit.
ọ
ệu suất của quá trình chuyển hóa là 90% (tính theo trọng lƣợng dầ
.
ản xuất từ C. vulgaris Như vậy, dướ
53
60
ụng cho việc sản xuất biodiesel từ C. vulgaris.
hàm lƣợng lipít trong sinh khối tả
ọ
ọ 3.7.
C.
vulgaris
Thành phần FAME Hàm lƣợng
(% FAME tổng số)
Mức độ không bão hòa
C10:0 2,83 0
C12:0 9,50 0
C14:0 0,97 0
C16:0 9,12 0
C16:1n-9 1,58 0,016
C17:0 2,41 0
C17:1n-7 1,37 0,014
C18:2n-6-t 6,19 0,13
C18:1n-7 41,40 0,41
Thành phần khác 24,63
Mức độ không bão hòa của sản phẩm diesel sinh học 0,57
54
Ghi chú: Mức độ không bão hòa = [1 x (% monene) + 2 x (% diene) + 3 x (% triene) ...]/100 [Chen and John, 1991]
Kết quả chỉ ra ở bảng 3.3 và hình 3.7 cho thấ
(C10:0), lauric (C12:0), myristic (C14:0), palmitic (C16:0), hexadecanoic (C16:1n-9), heptadecanoic (C17:0), 10- heptadecenoic (C17:1n-7), linoleic (C18:2(n-6-t), 7- octadecenoic (C18:1n-7). Hầu hết các béo này đều có mặt trong sinh khối tảo làm nguyên liệu để chuyển hóa.
Tuy nhiên khi so sánh với thành phần béo trong sinh khối tảo thì sản phẩm FAME thu được đã có thêm nhiều các béo mạch ngắn dưới 18 cacbon và không còn các béo mạch dài có chứa nhiều liên kết đôi nhƣ DHA, DPA. Điều này có thể do, trong quá trình chuyển vị ester, dưới tác dụng của chất xúc tác sulphuric và nhiệt độ, một số béo trong sinh khối tảo bị đứt gãy liên kết và cắt mạch. Tuy nhiên, việc sử dụng chất xúc tác ệt độ trong quá trình chuyển vị ester cần phải đƣợc khống chế ở mức thích hợp vì hàm lƣợng chất xúc tác cao và nhiệt độ cao có thể đốt cháy dầu trong sinh khối tảo dẫn đến làm giảm hiệu suất của quá trình chuyển hóa diesel sinh học [Ehimen et al, 2010]. Nhƣ vậ trong sản phẩm FAME thu đƣợ ừ 1 đến 2 liên kết đôi và dài không quá 18 cacbon, trong đó có nhiều loạ ạch cacbon ngắn. Yếu tố này cùng với mức độ không bão hòa chỉ khoảng 0,57 là những đặc điểm rất có lợi đối vớ
ợc dùng làm nhiên liệu trong quá trình sử dụng, bảo quản và vận chuyển.
55
Hình 3.7. Sắc ký đồ thành phần axít béo của sản phẩm FAME chuyển hóa từ C.
vulgaris
Tuy nhiên, một thách thức nữa đặt ra đó là để phân tích 15 chỉ tiêu đặc trƣng cho tính chất của diesel sinh học gốc B100 đƣợc chuyển hoá từ sinh khối C. vulgaris đòi hỏi phải tạo đủ 3 lít sản phẩm để có thể phân tích và kiểm tra chất lƣợng tại Trung tâm kỹ thuật tiêu chuẩn đo lường chất lượng 1, Tổng cục tiêu chuẩn đo lượng chất lƣợng, Bộ Khoa học và Công nghệ, Việt Nam. Do vậy, sinh khối tảo đủ với hàm lƣợng lipít và thành phần axít béo phù hợp cho quá trình chuyển hóa diesel sinh học là một yêu cầu tiên quyết phải đáp ứng trong thời gian tới.
Kết luận: Chúng tôi đã tách chiết đƣợc biodiesel từ tảo C. vulgaris. Xét về hiệu suất chuyển hóa thì thấy rằng cứ 100 gam sinh khối khô, lƣợng sản phẩm diesel sinh học trung bình thu đƣợc là 5,49±0,15 gam. Nhƣ vậy, hiệu suất của quá trình sản xuất diesel sinh học là 5,49%± 0,15% (tính theo trọng lƣợng sinh khối tả
). Nhƣ vậy, so với tảo dị dƣỡng thì hiệu suất chuyển hóa
56
thấp hơn rất nhiều, do vậy, cần phải có những nghiên cứu khác nhằm nâng cao hiệu suất.