nghiên cứu ứng dụng chất hấp phụ rắn trong tinh chế biodiesel

8/20/2019 Nghiên cứu ứng dụng chất hấp phụ rắn trong tinh chế biodiesel

http://slidepdf.com/reader/full/nghien-cuu-ung-dung-chat-hap-phu-ran-trong-tinh-che-biodiesel 1/83

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CHẤT HẤP PHỤRẮN TRONG TINH CHẾ BIODIESEL

Tháng 12/2008

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Ts Bùi Th Bửu Huê

SINH VIÊN THỰC HIỆN

Nguyễn Quốc Hoàng MSSV: 2041631 Ngành: Công Nghệ hóa học K30

W.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUY

WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOng góp PDF bở i GV. Nguy ễ n Thanh Tú



Lời cảm ơn

SVTH: Nguyễn Quốc Hoàng

LỜI CẢM ƠN

Em xin gởi lời cảm ơn chân thành đến cô Bùi Thị Bửu Huê đã tận tình cố gắng

hướng dẫn, truyền đạt kiến thức và kinh nghiệm giúp em hoàn thành đề tài luận văn tốt

nghiệp.

Em xin gởi lời cảm ơn đến các thầy và cô Bộ Môn Hóa – Khoa Khoa Học và Bộ

Môn Công Nghệ Hóa Học – Khoa Công Nghệ trường Đại Học Cần Thơ đã tạo điềukiện thuận lợi trong suốt thời gian thực hiện đề tài luận văn.

Cuối cùng, em xin gởi lời cám ơn đến các bạn và anh chị làm cùng phòng thí

nghiệm đã giúp đỡ em trong suốt quá trình khảo sát thí nghiệm.

Xin chân thành cảm ơn!





Phiếu nhận xét


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA CÔNG NGHỆ Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC --------------

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

1. Cán bộ hướng dẫn: Ts Bùi Thị Bửu Huê

2.

Đề tài: NGHIÊN CỨU CHẤT HẤP PHỤ RẮN TRONG TINH CHẾ

BIODIESEL

3. Sinh viên thực hiện: Nguyễn Quốc Hoàng

-

MSSV: 2041631

- Lớp: Công nghệ hóa học K30

4. Nội dung nhận xét:

a.

Nhận xét về hình thức: ............................................................................................................................

............................................................................................................................

............................................................................................................................

b. Nhận xét về nội dung:

Đánh giá nội dung thực hiện đề tài:

............................................................................................................................

............................................................................................................................

............................................................................................................................





Phiếu nhận xét


Những vấn đề còn hạn chế:

.......................................................................................................................

.......................................................................................................................

.......................................................................................................................

c. Kết luận, đề nghị và điểm:

.......................................................................................................................

. ......................................................................................................................

.......................................................................................................................

Cần thơ, ngày … tháng … năm 2008

Cán bộ hướng dẫn





Mục lục


i

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 ........................................................ Error! Bookmark not defined.

GIỚI THIỆU CHUNG ...................................... Error! Bookmark not defined.

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ ..................................... Error! Bookmark not defined.

1.2 MỤC TIÊU....................................................................................... 2

CHƯƠNG 2 ........................................................ Error! Bookmark not defined.

LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU.................................. Error! Bookmark not defined.

2.1 TỔNG QUAN VỀ BIODIESEL ...................................................... 3

2.1.1 SƠ LƯỢC VỀ BIODIESEL ............................................................ 3

2.1.1.1 Giới thiệu về biodiesel ....................................................................... 3

2.1.1.2 Tiềm năng va kho khăn của việc sản xuất, ứng dụng biodiesel ........... 4

2.1.1.3 Cơ chế phản ứng transester hóa trong điều chế biodiesel ................... 5

2.1.1.4 Cc yếu t ảnh hưng đến tc đ phản ứng transester hóa ................. 7

2.1.1.5 Sản xuất biodiesel trong công nghiệp ................................................. 8

2.1.1.6 Tinh chế biodiesel theo phương php rửa nước thông thường .......... 10

2.1.3 CÁC CHỈ TIÊU HÓA LÝ CỦA BIODIESEL .............................11

2.1.3.1 Đ nhớt ........................................................................................... 11

2.1.3.2 Chỉ s pH ........................................................................................ 11

2.1.3.3 Chỉ s acid………………………………………………………… .... 11

2.1.3.4 Hàm lượng nước lẫn vào nhiên liệu ................................................. 13

2.2 TỔNG QUAN VỀ CÁC CHẤT HẤP PHỤ RẮN ......................... 13

2.2.1 KHÁI NIỆM VỀ HẤP PHỤ .......................................................... 14

2.2.2 ZEOLITE A ................................................................................... 18





Mục lục


ii

2.2.2.1 Giới thiệu chung về zeolite .............................................................. 18

2.2.2.2 Phân loại zeolite ..................................Error! Bookmark not defined.0

2.2.2.3 Cấu trúc tinh thể của zeolite ............................................................. 21

2.2.2.4 Tính chất hóa học của zeolite ........................................................... 22

2.2.3 NGUYÊN TẮC CHUNG TRONG TỔNG HỢP ZEOLITE ........ 23

2.2.4 ỨNG DỤNG ................................................................................... 24

2.2.4.1 Trong lĩnh vực thương mại và mỹ phẩm .......................................... 25

2.2.4.2 Công nghiệp hóa dầu ....................................................................... 25

2.2.4.3 Công nghiệp hạt nhân ...................................................................... 27

2.2.4.4 Nông nghiệp .................................................................................... 27

2.2.4.5 Trong chăn nuôi ............................................................................... 27

2.2.4.6 Trong y học ..................................................................................... 28

2.2.4.7 Trong tủ lạnh và lò sưi ................................................................... 28

2.2.4.8 Trong chất tẩy rửa............................................................................ 28

2.2.4.9 Trong xây dựng ............................................................................... 28

2.2.4.10 Đ quý ............................................................................................. 29

2.2.5 ZEOLITE A ................................................................................... 29 2.2.5.1 Tổng quan........................................................................................ 29

2.2.5.2 Tính chất của zeolite A .................................................................... 30

2.2.5.3 Phương php tổng hợp zeolite A ...................................................... 34

2.2.5.4 Cc yếu t ảnh hưng đến qu trình tổng hợp .................................. 34

2.2.6 MAGNESIUM SILICATE (MgSiO3) ........................................... 36

2.2.6.1 Giới thiệu về MgSiO3 ...................................................................... 36

2.2.6.2 Phương php tổng hợp MgSiO3 từ vỏ trấu ....................................... 38

2.2.6.3 Phương php tổng hợp MgSiO3 từ hóa chất công nghiệp ................. 40

CHƯƠNG 3

PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .........................…41

3.1 PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU……………...………………….41





Mục lục


iii

3.1.1 DỤNG CỤ VÀ TRANG THIẾT BỊ ............................................. 41

3.1.2 HÓA CHẤT .................................................................................. 41

3.1.3 NGUYÊN LIỆU ............................................................................ 42

3.2 THỰC NGHIỆM .......................................................................... 42

3.2.1 TỔNG HỢP ZEOLITE A TỪ ACID SILICIC VÀ Al2(SO4)3 .... 42

3.2.2 TỔNG HỢP MAGNESIUM SILICATE ..................................... 43

3.2.2.1 Tổng hợp từ vỏ trấu và MgSO4 ....................................................... 43

3.2.2.2 Tổng hợp từ thủy tinh lỏng và MgSO4.7H2O công nghiệp .............. 43

3.2.3 TỔNG HỢP BIODIESEL TỪ MỠ CÁ BASA ............................ 43

3.2.3.1 Chuẩn bị mỡ c basa ....................................................................... 43

3.2.3.2 Tiến hành phản ứng ........................................................................ 44

3.2.3.3 Xử lý sau phản ứng ......................................................................... 44

3.2.4 KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CỦA CÁC CHẤT HẤP

PHỤ RẮN TRONG TINH CHẾ BIODIESEL ............................................ 45

3.2.4.1 Zeolite A ........................................................................................ 45

3.2.4.2 MgSiO3 từ vỏ trấu........................................................................... 46

3.2.4.3 MgSiO3 từ hóa chất công nghiệp .................................................... 47

CHƯƠNG 4

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ..................................................................... ..48

4.1 TỔNG HỢP ZEOLITE A TỪ ACID SILICIC VÀ Al2(SO4)3 .. ..48

4.2 TỔNG HỢP MAGNESIUM SILICATE ..................................... 49

4.2.1 Tổng hợp từ vỏ trấu và MgSO4 .................................................... 49

4.2.2 Tổng hợp từ thủy tinh lỏng và MgSO4.7H2O công nghiệp.......... 50

4.3 TỔNG HỢP BIODIESL ............................................................... 51

4.3.1 Nguyên liệu mỡ cá......................................................................... 51

4.3.2 Tiến hành phản ứng...................................................................... 52

4.3.3 Xử lý sau phản ứng ....................................................................... 52

4.4 ZEOLITE A .................................................................................. 53





Mục lục


iv

4.5 MAGNESIUM SILICATE TỪ VỎ TRẤU ................................. 54

4.6 MAGNESIUM SILICATE TỪ HÓA CHẤT CÔNG NGHIỆP . 56

CHƯƠNG 5

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 63

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 65

PHỤ LỤC ...................................................................................................... 67





Mục lục hình

SVTH: Nguyễn Quốc Hoàng v

MỤC LỤC HÌNH ẢNH

Thứ tự Trang

1. Hình 2.1: Cấu trúc phân tử của zeolit ZSM-5 ................................................. 18

2. Hình 2.2: K hoáng vật zeolite .......................................................................... 19

3. Hình 2.3: Cấu trúc cơ bản của zeolite ............................................................. 21

4. Hình 2.4: Một đơn vị tinh thể (unit cell) của tinh thể zeolite ........................... 22

5. Hình 2.5: Cấu trúc tinh thể zeolite làm xúc tác trong công nghiệp hóa dầu ..... 25

6. Hình 2.6 : K hoáng vật magnesium silicate...................................................... 35

7. Hình 2.7: Vỏ trấu ........................................................................................... 37

8. Hình 4.1: Kết quả chụp ảnh SEM của magnesium silicate .............................. 59





Mục lục bảng và sơ đồ

SVTH: Nguyễn Quốc Hoàng vi

MỤC LỤC BẢNG

Thứ tự Trang

1. Bng 2.1 : Bng số liệu năm 1994 (IFP) của tập đoàn dầu khí quốc gia Việt

Nam về việc sử dụng xúc tác zeolite ............................................................. 25

2. Bng 4.1: Kết qu phân tích mẫu biodiesel qua hấp phụ bằng magnesium

silicate tổng hợp từ hóa chất công nghiệp ........................................................... 60

3. Bng 4.2: So sánh kết qu phân tích mẫu biodiesel qua hấp phụ bằng

magnesium silicate tổng hợp từ hóa chất công nghiệp với mẫu biodiesel tổng hợp

theo phương pháp thông thường của đề tài trước ................................................ 61

SƠ ĐỒ

1. Sơ đồ 2.1 : Phn ứng transester hóa triglyceride thành biodiesel ................... 6

2. Sơ đồ 2.2 : Quy tr nh sa n xuất biodiesel ........................................................ 9





Mục lục phụ lục

SVTH: Nguyễn Quốc Hoàng vii

MỤC LỤC PHỤ LỤC

1. Phụ lục 1:

Chỉ tiêu chất lượng biodiesel liên quan đến an toàn, sức khỏe, môi trường ... 63

2. Phụ lục 2:

Các chỉ tiêu chất lượng của điêzen sinh học gốc (B100)............................…64

3.Phụ lục 3:

Kết quả phân tích mẫu biodiesel qua hấp phụ bằng magnesium silicate tổng hợp

từ hóa chất công nghiệp ........................................................................................... 66





C hương 1 Giới thiệu chung

SVTH: Nguyễn Quốc Hoàng 1

CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Hiện nay, biodiesel là loại nhiên liệu thay thế xăng dầu đang thu hút sự quan

tâm của thế giới do đặc tính thân thiện môi trường và có thể tái tạo. Các loại động

cơ sử dụng dầu biodiesel phát sinh khí thải ít hơn so với sử dụng dầu diesel khoáng

sản, bụi trong khí thải giảm một nửa và các hợp chất hydrocarbon giảm ít nhất 40%.

Dầu biodiesel gần như không chứa lưu huỳnh nên không độc hại cho con người và

dễ dàng phân hủy sinh học. Biodiesel đáp ứng các yêu cầu để thay thế nguồn năng

lượng dầu mỏ đã được sử dụng nhiều thập kỷ qua.

Nguồn nguyên liệu để sản xuất biodiesel là dầu thực vật hoặc mỡ động vật.

Những nghiên cứu gần đây cho thấy mỡ cá tra, cá basa có chứa hàm lượng lipid

cao, đây là điều kiện cần thiết để sản xuất biodiesel đạt hiệu quả.

Biodiesel được tạo ra nhờ phản ứng transester hóa mỡ cá basa với rượu

methanol và xúc tác là KOH. Sau phản ứng, từ phễu chiết ta thu được lớp biodiesel

thô ở trên gồm chủ yếu là các ester của methanol với các acid béo, một lượng nhỏ

nước, xà phòng, các acid béo tự do, glycerol, methanol và lớp cặn ở dưới. Để làm

sạch biodiesel, người ta thường dùng phương pháp rửa bằng nước. Phương pháp

này trải qua các giai đoạn: trung hòa bằng acid, rửa bằng nước muối trung hòa, hấp

phụ nước bằng muối Na2SO4 và lọc.





C hương 1 Giới thiệu chung


Những nghiên cứu gần đây cho thấy biodiesel có thể được tinh chế bằng phương

pháp rửa khô tức là dùng các chất rắn có khả năng hấp phụ để tinh chế. So với

phương pháp rửa nước thông thường thì phương pháp này thuận tiện hơn và quan

trọng là giảm đáng kể thời gian tinh chế cũng như giá thành của biodiesel thành

phẩm sau tinh chế.

Xuất phát từ các nghiên cứu trên, đề tài “ nghiên cứu ứng dụng chất hấp phụ

rắn trong tinh chế biodiesel” là một đề tài có triển vọng trong việc tìm ra chất hấp

phụ rắn trong tinh chế biodiesel đạt hiệu quả cao về chất lượng, đồng thời góp phần

giảm giá thành sản phẩm.

1.2 MỤC TIÊU

Mục tiêu của đề tài là:

- Nghiên cứu tổng hợp và khảo sát khả năng hấp phụ của một số chất hấp phụ

rắn như zeolite A, MgSiO3, trong tinh chế biodiesel thô điều chế từ mỡ cá basa.

- Đề tài nhằm hoàn thiện quy trình tổng hợp biodiesel từ mỡ cá basa theo hướng

giảm giá thành sản xuất nhưng vẫn đảm bảo chất lượng sản phẩm.





C hương 2 Lược khảo tài liệu


CHƢƠNG 2

LƢỢC KHẢO TÀI LIỆU

2.1 TỔNG QUAN VỀ BIODIESEL

2.1.1 SƠ LƢỢC VỀ BIODIESEL

2.1.1.1 Giới thiệu về biodiesel[12;13]

Biodiesel hay còn gọi là diesel sinh học, là một loại nhiên liệu có tính chất

tương tự diesel có nguồn gốc từ dầu mỏ nhưng được sản xuất từ dầu thực vật hay

mỡ động vật. Biodiesel có thành phần chính bao gồm các mono-alkyl ester của

chuỗi các acid béo có nguồn gốc từ thực vật hay mỡ động vật.

Biodiesel được mô tả là loại nhiên liệu có màu vàng sánh như dầu ăn, không có

mùi hôi khi sử dụng, dễ phân hủy sinh học. Một đặc điểm nổi bật là dầu biodiesel

từ mỡ cá có khả năng cháy sạch và thải ra rất ít khí độc hại cho môi trường như

SO2, hydrocarbon... Nhiều nghiên cứu gần đây cho thấy, dùng biodiesel giảm 1/3

muội than so với nhiên liệu diesel truyền thống. Đồng thời, ngoài việc không cần

thêm phụ gia để tăng chỉ số octane và nhiệt độ sôi cao cũng là yếu tố thuận lợi choviệc tồn trữ lâu dài.







2.1.1.2 Tiềm năng v kh khăn của việc sản xuất, ứng dụng biodiesel

Biodiesel được tạo thành từ một phản ứng hóa học rất đơn giản. Biodiesel có

nhiều ưu điểm đối với môi trường so với diesel thông thường: biodiesel phát sinh

khí thải ít hơn rất nhiều so với nhiên liệu hóa thạch. Bụi trong khí thải được giảm

một nửa, các hợp chất hydrocarbon được giảm thiểu đến 40%. Biodiesel gần như

không chứa đựng lưu huỳnh, không độc và có thể được dễ dàng phân hủy sinh học.

Biodiesel hiện nay được coi là một trong những nhiên liệu thân thiện với môi

trường nhất trên thị trường.

Mặc dù hiện nay có thể mua biodiesel tại rất nhiều trạm xăng trên thế giới (riêng

tại Đức là 1.900 trạm) nhưng biodiesel chưa được người tiêu dùng sử dụng nhiều do

có nhiều nguyên nhân: nhiều người tiêu dùng không tin tưởng vào loại nhiên liệu

mới này vì không tưởng tượng được là có thể lái xe dùng một loại nhiên liệu hoàn

toàn từ hóa chất chứ không phải từ hóa thạch. Một vấn đề khác là rất nhiều người

không biết chắc chắn là liệu ô tô của họ có thể sử dụng được biodiesel hay không.

Thiếu thông tin cho người tiêu dùng và các câu hỏi về hư hỏng sau này do biodieselgây ra có thể là những vấn đề lớn nhất cho việc chấp nhận rộng rãi việc dùng

biodiesel.

Tại châu Âu đã pha thêm vào nhiên liệu diesel thông thường khoảng từ 3% đến

5% biodiesel vì phần biodiesel này được coi là không có hại ngay cả cho những xe

cơ giới chưa được trang bị thích hợp. Ở Pháp việc này đã được thực hiện từ lâu:

diesel thông thường được pha trộn thêm lượng biodiesel mà nông nghiệp nước Pháp

có khả năng sản xuất. Tại Pháp chất lượng diesel thông thường có thành phần

biodiesel là 5%, tránh được các nhược điểm kỹ thuật. Từ đầu năm 2004 các trạm

xăng ARAL và Shell ở Đức đã bắt đầu thực hiện chỉ thị 2003/30/EC của EU theo



http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Nhi%C3%AAn_li%E1%BB%87u_h%C3%B3a_th%E1%BA%A1ch&action=edit&redlink=1


http://vi.wikipedia.org/wiki/B%E1%80%80



http://vi.wikipedia.org/wiki/Hy%C4%91rocacbon

http://vi.wikipedia.org/wiki/L%C6%B0u_hu%E1%80%80

http://vi.wikipedia.org/wiki/%C4%90%E1%80%80


http://vi.wikipedia.org/wiki/Ph?%E1%B0%80


http://vi.wikipedia.org/wiki/2004

http://vi.wikipedia.org/wiki/EU

http://vi.wikipedia.org/wiki/EU




http://vi.wikipedia.org/wiki/L%C6%B0u_hu%E1%80%80

http://vi.wikipedia.org/wiki/Hy%C4%91rocacbon







đó từ ngày 31 tháng 12 năm 2005 ít nhất là 2% và cho đến 31 tháng 12 năm 2010 ít

nhất là 5,75% các nhiên liệu dùng để chuyên chở phải có nguồn gốc tái tạo. Tại Áo

một phần của chỉ thị của EU đã được thực hiện sớm hơn và từ ngày 1 tháng 11 năm

2005 chỉ còn có dầu diesel với 5% có nguồn gốc sinh học là được phép bán.

2.1.1.3 Cơ chế phản ứng transester ha trong điều chế biodiesel[1]

Phản ứng transester hóa yêu cầu phải có xúc tác để đạt được sự chuyển hóa

thích hợp. Quá trình chuyển hóa triglyceride của mỡ cá thành biodiesel trải qua ba

giai đoạn chuyển đổi trung gian hình thành các sản phẩm lần lượt là: diglyceride,

monoglyceride và glycerol. Cơ chế phản ứng được trình bày trong sơ đồ 2.1.

Ứng với từng loại xúc tác thì thành phần sản phẩm cũng khác nhau. Thêm vào

đó là điều kiện phản ứng và các bước làm sạch sản phẩm cũng phụ thuộc vào loại

xúc tác sử dụng. Phản ứng transester hóa có thể sử dụng xúc tác base hoặc xúc tác

acid.



http://vi.wikipedia.org/wiki/31_th?%E1%AE%A7_12






http://vi.wikipedia.org/wiki/?%E1%AF%80













Một cách tổng quát, quá trình transester ha đƣợc mô tả nhƣ sau:

Sơ đồ 2.1: Phản ứng transester ha triglyceride thnh biodiesel







2.1.1.4 Các yếu t ảnh hƣng đến tc độ phản ứng transester ha [14]

Nguyên nhân làm giảm tốc độ phản ứng chính là sự khó hòa tan methanol vào

dầu, mỡ. Để tăng sự hòa tan này người ta tăng nhiệt độ, tăng mức độ khuấy (nhất là

ở thời điểm bắt đầu phản ứng).

Nếu phản ứng thực hiện ở nhiệt độ phòng, cần 4-8 tiếng để hoàn tất phản ứng,

nếu tăng lên 40oC thì chỉ cần 2-4 tiếng, và ở 60oC là 1-2 tiếng.

Nhiệt độ cao hơn sẽ giảm thời gian phản ứng nhưng cần thực hiện trong điều

kiện áp suất cao để giữ cho methanol ở trạng thái lỏng.

Trên thực tế, quá trình được thực hiện chủ yếu ở 60o C.

Khi làm thí nghiệm với lượng nhỏ dâu hay mơ , khoảng 50 gam, sau khoảng 10

phút phản ứng thì nhiệt độ hầu như không ảnh hưởng đến lượng este tạo thành

(trong cùng điều kiện phản ứng).

Qua cơ chế phản ứng ở sơ đồ 2.1, ta thấy vận tốc phản ứng phụ thuộc vào kích

thước của anion RO-. Kích thước càng lớn, anion càng khó tấn công vào liên kết

C=O, phản ứng xảy ra càng chậm. Do đó, phản ứng với methanol xảy ra dễ dàng

hơn so với các rượu khác.

Ngoài khả năng phản ứng, methanol còn nhiều ưu điểm so với những rượu khácnhư giá thành thấp hơn (tính trên 1 mol : lượng rượu cần dùng được xác định bởi tỉ

lệ mol rượu : dầu). Khối lượng (và thể tích) methanol cần dùng thấp hơn do khối







lượng mol của methanol thấp hơn nhiều (trong khi khối lượng riêng không khác

nhau nhiều).

Để thu được biodiesel với hiệu suất cao (đến 99,7%), người ta phải dùng dư

rượu. Lượng rượu dư phải được tách ra và quay trở lại phản ứng nhằm giảm chi phí

sản xuất và không gây độc hại môi trường. Methanol có nhiệt độ sôi thấp hơn nên

hiển nhiên dễ tách ra khỏi hỗn hợp phản ứng hơn. Thêm vào đó, khi được tách ra,

rượu luôn chứa nước. Methanol có thể dễ dàng tách khỏi nước bằng những phương

pháp chưng cất thông thường. Những rượu khác như ethanol và isopropanol tạo

với nước hỗn hợp đồng sôi (azeotropic mixture) nên gây khó khăn cho việc tách

nước.

Do đó, mặc dù methanol rất độc hại nhưng vẫn là rượu phổ biến nhất trong sản

xuất biodiesel.

Ở một số nước như Brazil, ethanol lại được ưa chuộng hơn vì ở những nước này

ethanol rẻ hơn so với methanol.

Khi dùng một số rượu khác như isopropanol, isobuthanol, biodiesel thu được có

nhiệt độ đông đặc thấp hơn so với khi dùng methanol. Ngoài ra do giá thành cao và

sự không phổ biến, những rượu này không được dùng rộng rãi. Hơn nữa, tính đông

đặc của biodiesel có thể được giải quyết không kinh tế khi dùng các chất phụ gia

thích hợp cho những biodiesel sử dụng các rượu này.







2.1.1.5 Sản xuất biodiesel trong công nghiệp [14]

Trong công nghiệp, biodiesel được sản xuất như trong sơ đồ 2.2. Hỗn hợp phản

ứng gồm CH3OH, xúc tác và dầu (hoặc mỡ) được cho vào lò phản ứng. Hỗn hợp

sau phản ứng được tách thành hai pha là pha ester và pha glyceride. Pha ester được

trung hòa bằng acid yếu, rồi qua chưng cất CH3OH còn dư, sau đó được rửa với

nước, làm khô và thu được biodiesel thành phẩm. Pha glyceride sau khi được tách

ra thì qua bước acid hóa và tách acid béo tự do, bước tiếp theo là tách CH3OH thu

được glyceride đạt độ tinh khiết khoảng 85%, lượng CH3OH tách ra nhập chung với

CH3OH được chưng cất ở khâu tinh chế pha ester và tiến hành chưng cất tiếp thu

được CH3OH tinh khiết quay trở lại phản ứng.

Sơ đô 2.2 : Quy tr nh sa n xuâ t biodiesel

Tất cả lượng dư xúc tác, xà phòng, muối, methanol và glycerol tự do được tách

khỏi biodiesel bằng quá trình rửa nước. Trung hòa bằng acid trước khi rửa nước







nhằm giảm tối đa lượng xà phòng và lượng nước rửa cần dùng do đó hạn chế được

quá trình tạo nhũ tương (nước trong biodiesel với tác nhân tạo nhũ tương là xà

phòng), gây khó khăn cho việc tách nước khỏi biodiesel. Biodiesel được làm sạch

nước trong tháp bay hơi. Nếu sản xuất ở qui mô nhỏ người ta thường dùng các

muối khô để hút nước.

Một số nguồn nguyên liệu chứa một lượng lớn acid béo tự do. Acid béo tự do

phản ứng với xúc tác kiềm sinh ra xà phòng và nước. Thực tế cho thấy rằng quá

trình thu biodiesel có thể xảy ra bình thường với hàm lượng acid béo tự do thấp hơn

5%. Khi đó, cần dùng thêm xúc tác để trung hòa acid béo tự do. Lượng xà phòng

tạo ra nằm ở mức cho phép.

Khi hàm lượng acid béo tự do lớn hơn 5%, lượng xà phòng tạo ra làm chậm quá

trình tách pha este và glycerol, đồng thời tăng mạnh sự tạo nhũ tương trong quá

trình rửa nước. Để giảm hàm lượng acid béo tự do, trước phản ứng chuyển vị este,

người ta dùng xúc tác acid, như H2SO4, chuyển hóa acid béo tự do thành ester (phản

ứng ester hóa).

RCOOH + CH3OH RCOOCH

3 + H O

2

H SO2 4

Vì vậy, hàm lượng acid béo tự do là yếu tố chính trong việc lựa chọn công nghệ

cho quá trình sản xuất biodiesel.







2.1.1.6 Tinh chế biodiesel theo phƣơng pháp rửa nƣớc thông thƣờng

Đây là phương pháp phổ biến hiện nay, biodiesel thô được trung hòa với acid

rồi rửa bằng nước muối bão hòa, cuối cùng là muối Na2SO4 và lọc. Phương pháp

này kéo dài từ 6 đến 8 giờ tùy theo yêu cầu mức độ tinh khiết của thành phẩm.

2.1.3 CÁC CHỈ TIÊU HÓA LÝ CỦA BIODIESEL[1]

Chất lượng biodiesel được đánh giá qua một số chỉ tiêu như: chỉ số acid, độ

nhớt, pH, mức độ bay hơi, khối lượng riêng và hàm lượng nước chứa trong nguyên

liệu.

2.1.3.1 Độ nhớt

Độ nhớt của nhiên liệu thể hiện sự lưu chuyển nhiên liệu dễ dàng trong hệ thống

cung cấp và nạp liệu vào buồng đốt của động cơ. Đây là một trong những chỉ tiêuquan trọng của nhiên liệu. Người ta dùng máy chuyên dụng để đo độ nhớt.

Độ nhớt cao: tính lưu chuyển hạn chế, nhiên liệu khó vận chuyển và nạp liệu

vào buồng đốt.

Độ nhớt thấp: giảm hệ số nạp liệu và tăng sự mài mòn của bơm nhiên liệu.







2.1.3.2 Chỉ s pH

Chỉ số pH của nhiên liệu tốt nhất xấp xỉ 7 vì nếu pH cao hay thấp hơn 7 đều ảnh

hưởng đến mức độ ăn mòn thiết bị.

2.1.3.3 Chỉ s acid

Là số mg KOH cần thiết để trung hòa hết lượng acid béo tự do trong 1g chất

béo.

Chỉ số acid là một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng

nguyên liệu. Từ chỉ số này, chúng ta có thể xác định được hàm lượng acid tự do

hiện diện trong mẫu nguyên liệu. Lipid càng chứa nhiều acid béo tự do thì có chỉ số

acid càng cao. Chỉ số acid thay đổi theo thời gian lưu trữ. Thời gian tồn trữ càng dài

thì chỉ số acid càng tăng vì xảy ra phản ứng thủy phân giải phóng acid tự do và

glycerol. Sự thủy phân này xảy ra khi mạch carbon của triglyceride ngắn hoặc dưới

tác dụng của enzyme lipase.

Nguyên tắc: dùng KOH để trung hòa lượng acid béo tự do có trong chất béo với

phenolphthalein làm chất chỉ thị.

RCOOH + KOH RCOOK + H2O

Tiến hành:

Cân chính xác 0,13g chất béo cho vào erlen 100ml.

Thêm 5ml ethanol tuyệt đối.

Thêm 2 giọt phenolphthalein.

Lắc nhẹ để hòa tan chất béo.







Chuẩn độ bằng cách nhỏ từ từ KOH 0,01N từ buret vào erlen để trung hòa acid

tự do có trong chất béo cho đến khi vừa xuất hiện màu hồng nhạt và bền trong

30 giây.

Tính kết quả: chỉ số acid được tính theo công thức sau:

IA = (0.561xV)/m

Trong đó:

V: thể tích dung dịch KOH 0,01N dùng để chuẩn độ, ml.

m: khối lượng mẫu chất béo, g.

2.1.3.4 Hm lƣợng nƣớc lẫn vo nhiên liệu

Cần tránh lẫn nước vào nhiên liệu vì nước cũng là yếu tố gây biến chất nhiên

liệu, tăng phản ứng oxy hóa, giảm nhiệt đốt cháy trong động cơ.

Có nhiều phương pháp làm khô để loại nước hoặc dung môi ra khỏi sản phẩm

hay nguyên liệu ban đầu. Tùy theo bản chất của sản phẩm hoặc hóa chất ban đầu

mà ta có thể sử dụng một số phương pháp phổ biến sau:

Chưng cất: dựa vào sự chênh lệch nhiệt độ sôi của các chất để thu được sản

phẩm tinh khiết.

Dùng hóa chất: yêu cầu hóa chất không tác dụng với nguyên liệu, có khả năng

hút nước mạnh, không hòa tan trong nguyên liệu, có tác dụng làm khô nhanh, rẻ

tiền và phổ biến.







Sấy chân không: là phương pháp gia nhiệt trong môi trường chân không.

2.2 TỔNG QUAN VỀ CÁC CHẤT HẤP PHỤ RẮN

Chất hấp phụ rắn là các chất rắn có khả năng hấp phụ một lượng đáng kể chất

khí hay chất lỏng, và được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp như

lọc nước, tẩy màu và làm sạch dầu và chất béo, làm khô không khí ….

2.2.1 KHÁI NIỆM VỀ HẤP PHỤ[15]

Hấp phụ, trong hóa học là quá trình xảy ra khi một chất khí hay chất lỏng bị hút

trên bề mặt một chất rắn xốp. Chất khí hay hơi được gọi là chất bị hấp phụ

(adsorbent), chất rắn xốp dùng để hút khí hay hơi gọi là chất hấp phụ (adsorbate) và

những khí không bị hấp phụ gọi là khí trơ. Quá trình ngược lại của hấp phụ gọi là

quá trình giải hấp phụ hay nhả hấp phụ.

Trong quá trình hấp phụ có tỏa ra một lượng nhiệt được gọi là nhiệt hấp phụ. Bề

mặt càng lớn tức độ xốp của chất hấp phụ càng cao thì nhiệt hấp phụ toả ra càng

lớn.

Có 2 quá trình hấp phụ: hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học.

Giữa hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học thường khó phân biệt, có khi nó tiến

hành song song, có khi chỉ có giai đoạn hấp phụ vật lý tùy thuộc tính chất của bề

mặt của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ, tuỳ thuộc vào điều kiện thực hiện quá

trình (nhiệt độ, áp suất... ).

Có thể phân biệt giữa hấp phụ hóa học và lý học dựa vào những điểm sau:



http://vi.wikipedia.org/wiki/H%C3%B3a_h%E1%BB%8Dc



http://vi.wikipedia.org/wiki/H%E1%BA%A5p_ph%E1%BB%A5_v%E1%BA%ADt_l%C3%BD


http://vi.wikipedia.org/wiki/H%E1%BA%A5p_ph%E1%BB%A5_h%C3%B3a_h%E1%BB%8Dc


http://vi.wikipedia.org/wiki/V%E1%BA%ADt_l%C3%BD










Nhiệt hấp phụ

- Nhiệt hấp phụ hóa học khá lớn, từ 40 ÷ 800 kJ/mol, nhiều khi gần bằng nhiệt

của phản ứng hóa học. Vì vậy nó tạo thành mối nối hấp phụ khá bền và muốn đẩy

chất bị hấp phụ ra khỏi bề mặt xúc tác rắn cần nhiệt độ khá cao.

- Nhiệt hấp phụ lý học thường không lớn, gần bằng nhiệt hóa lỏng hay bay hơi

của chất bị hấp phụ ở điều kiện hấp phụ và thường nhỏ hơn 20 kJ/mol.

Lƣợng chất bị hấp phụ

- Hấp phụ hóa học xảy ra rất ít, không hơn một lớp trên bề mặt xúc tác (đơn

lớp).

- Hấp phụ lý học có thể tạo thành nhiều lớp (đa lớp).

Sự chọn lọc hấp phụ

- Hấp phụ hóa học có tính chất chọn lọc cao, phụ thuộc vào tính chất bề mặt

chất rắn và tính chất của chất bị hấp phụ.

- Hấp phụ lý học không có sự chọn lọc, tất cả các bề mặt chất rắn đều có tính

chất hấp phụ lý học.

Sự phụ thuộc của nhiệt độ

- Hấp phụ lý học thường xảy ra ở nhiệt độ thấp, khi nhiệt độ tăng thì lượng chất

hấp phụ giảm.







- Hấp phụ hóa học thường tiến hành ở nhiệt độ cao hơn hấp phụ lý học, ở nhiệt

độ thấp thì lượng chất hấp phụ hóa học giảm và khi nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ tối ưu

thì lượng chất hấp phụ hóa học cũng giảm.

Tính chất của các điểm hấp phụ

- Hấp phụ hóa học tạo thành mối nối bền vững và tính chất gần giống như mối

nối hóa học. Chúng có thể là mối nối hóa trị, ion... Trong quá trình tạo thành mối

nối có sự di chuyển điện tử giữa chất bị hấp phụ và chất hấp phụ, tức là có tác dụng

điện tử giữa phần tử hấp phụ và bề mặt chất rắn.

- Hấp phụ lý học không hình thành mối nối. Sự tương tác giữa phân tử bị hấp

phụ với các electron của chất rắn rất yếu. Giữa chất rắn và phân tử bị hấp phụ được

coi như là 2 hệ thống, không phải là một hợp chất thống nhất.

Năng lƣợng hoạt ha hấp phụ

- Hấp phụ hóa học tiến hành chậm và có năng lượng hoạt hóa khá lớn gần bằng

năng lượng hoạt hóa của phản ứng hóa học, phụ thuộc bởi khoảng cách giữa các

nguyên tử trong chất bị hấp phụ và các trung tâm trên bề mặt chất rắn.

- Hấp phụ lý học tiến hành rất nhanh và năng lượng hoạt hóa bằng không.

Tính thuận nghịch của hấp phụ

- Hấp phụ lý học bao giờ cũng là thuận nghịch, nói cách khác quá trình ở trạng

thái cân bằng động: hấp phụ = nhả hấp phụ.







- Hấp phụ hóa học không phải bao giờ cũng là quá trình thuận nghịch. Tuỳ theo

đặc tính mối nối liên kết hóa học mà tính chất thuận nghịch ở quá trình hấp phụ

khác nhau. Có những quá trình hóa học khá bền vững, tạo thành các hợp chất hóa

học, ví dụ như sự hấp phụ oxy lên kim loại tạo oxyt kim loại, hoặc khi hấp phụ lên

than tạo CO2, CO.

Trạng thái của chất bị hấp phụ

- Hấp phụ vật lí: trạng thái và tính chất hóa lý của chất bị hấp phụ không thay

đổi. Lực giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ là lực Van der Waals.

- Hấp phụ hóa học: trạng thái của chất bị hấp phụ thay đổi hoàn toàn . Nhiệt hấp

phụ : Qhp = nϕ – mD.

Trong đó:

D: năng lượng tạo thành mối nối.

ϕ: năng lượng phá vỡ mối nối.

m,n: số mối nối tạo thành và bị phá vỡ tương ứng.

Nếu quá trình hấp phụ là quá trình vật lý thì tuân theo định luật tỉ lệ Nernst: “ Tỉ

lệ về nồng độ của một chất tan nào đó trong 2 pha khác nhau, tiếp xúc với nhau là

một hằng số.”

[x]1/[x]2 = hằng số = K N(x, 12)

Trong đó: K N(x, 12) là hằng số tỉ lệ của chất tan x trong pha 1 và pha 2.







Giá trị của hằng số K N phụ thuộc vào nhiệt độ. Phương trình này được nghiệm

đúng nếu nồng độ chất tan không quá lớn và nếu chất tan x không biến đổi hình thái

khi ở trong hai pha “1” hoặc “2”. Khi các phân tử các chất ổn định thì phương trình

mô tả sự cân bằng của chất tan x trong hai pha.

Trong nhiều quá trình quan trọng mang tính công nghệ thì hấp phụ hóa học thay

thế hấp phụ lý học, chẳng hạn như hấp phụ CO2 bằng NaOH – những quá trình như

vậy không tuân theo định luật tỉ lệ Nernst.

2.2.2 ZEOLITE A

2.2.2.1 Giới thiệu chung về zeolite[10;11]

Trong tư nhiên , zeolite là khoáng chất alumosilicat của một số kim loại có cấu

trúc vi xốp với công thức chung:

Me2/xO.Al2O3.nSiO2.mH2O

Trong đó:

- Me là kim loại kiềm như Na, K (khi đó x=2) hoặc kim loại kiềm thổ như Ca,

Mg... (khi đó x=1).

- x, n, m là số nguyên dương nguyên tử hay phân tử.







Hình 2.1: Cấu trúc phân tử của zeolit ZSM-5

Hiện nay có khoảng 150 loại zeolite đã được tổng hợp và khoảng 48 loại có

trong tự nhiên đã được biết đến. Zeolite có cấu trúc mở vì vậy nó có thể kết hợp với

các ion kim loại khác nhau như Na+, K

+, Ca

2+, Mg

2+. Zeolite tự nhiên được hình

thành từ sự kết hợp giữa đá và tro của núi lửa với các kim loại kiềm có trong nước

ngầm.

Zeolite được dùng với nhiều mục đích khác nhau trong các lĩnh vực như công

nghiệp hóa học, kỹ thuật môi trường như là các chất hấp phụ, xúc tác, chiết tách...

Zeolite có thể gặp ở trạng thái tự nhiên hoặc nhân tạo. Để tổng hợp zeolite có

thể thực hiện theo 2 cách:

- Trực tiếp từ các nguồn nguyên liệu tự nhiên, biến tính các alumosilicat là cáckhoáng phi kim loại như kao lanh, bentonit.

- Tổng hợp trực tiếp từ các silicate và aluminate.







Hình 2.2: K hoáng vật zeolite

Sư kha c nhau cơ ba n giư a zeolite tư nhiên va zeolite nhân ta o la :

- Zeolite tô ng hơ p đươ c ta o nên tư năng lươ ng cu a ca c pha n ư ng ho a ho c , còn

zeolite tư nhiên h nh tha nh tư bên trong ca c quă ng mo tư nhiên.

- Zeolite tô ng hơ p co t lê Si/Al la 1:1, còn zeolite tự nhiên có tỉ lệ này là 5:1.

- Khoáng Clino (clinoptilolite) là một loại zeolite tự nhiên không bị phá hủy

trong môi trươ ng acid yếu , còn zeolite tổng hợp thì bị phá hủy. Zeolite tô ng hơ p

do co nhiều silica co kha năng chi u đươ c acid , chúng liên kết các kết cấu lại với

nhau. Khoáng clino có nhiều ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp phục vụ sản

xuât nông nghiê p như phân bo n nha châ m, chất điêu tiêt nươ c.







2.2.2.2 Phân loại zeolite[1]

Dựa vào đặc trưng và tính chất sử dụng của zeolite mà người ta chia zeolite theo

hai cách:

a. Theo kích thƣớc mao quản

- Zeolite có mao quản rộng: đường kính mao quản lớn hơn 8 Ao.

- Zeolite có mao quản trung bình: có đường kính mao quản từ 5 Ao - 8 A

o.

- Zeolite có mao quản nhỏ: có đường kính mao quản nhỏ hơn 5 Ao.

b. Theo tỉ lệ Si/Al

- Loại giàu Al: gồm các zeolite 3A, 4A, 5A (jaujasite) với các dạng tương ứng

3A(K +

A), 4A(Na+

A), 5A(Ca2+

A). Quan trọng nhất trong loại giàu Al là NaX với tỉlệ Si/Al từ 1,1 – 1,2.

-

Loại có hàm lượng Si trung bình:

+ Si/Al từ 1 đến 1,5 gọi là zeolite X.

+ Si/Al từ 1,5 đến 2 gọi là zeolite Y.







-

Loại giàu Si: có tỉ lệ Si/Al lớn hơn 2,5. Đây là loại tương đối bền nhiệt nên

được sử dụng trong những quá trình xúc tác có điều kiện khắc nghiệt, tiêu

biểu là ZSM-5, ZSM-11.

2.2.2.3 Cấu trúc tinh thể của zeolite[10;11]

Hình 2.3: Cấu trúc cơ bản của zeolite

Cấu trúc cơ bản của tinh thể zeolite là tứ diện (tetrahedron) tạo bởi Al, Si, O.

Tâm tứ diện là một nguyên tử Si hay Al, ở 4 đỉnh là 4 nguyên tử O. Các tinh thể

hợp lại thành mạng không gian. Mạng không gian zeolite có các lỗ rỗng (pore) có

kích thước khoảng 8,0 Ao. Những lỗ rỗng làm cho diện tích bề mặt riêng của zeolite

rất lớn, khoảng 600m2/g.

Các tứ diện hợp thành cấu trúc lớn hơn, có tính lặp lại, gọi là các đơn vị tinh thể

(unit cell). Kích thước của ô (unit cell size: UCS) là khoảng cách giữa 2 ô gần nhất.







Hình 2.4: Một đơn vị tinh thể (unit cell) của tinh thể zeolite

2.2.2.4 Tính chất ha học của zeolite[10;11]

Do trạng thái ôxy hóa của Si là +4 và Al là +3 nên các tứ diện có tâm là Si sẽ

trung hòa điện, còn các tứ diện có tâm là Al sẽ mang điện tích âm. Điện tích âm này

sẽ được trung hòa bởi một ion dương. Dung dịch chứa NaOH thường được sử dụng

trong tổng hợp zeolite vì Na+ trung hòa điện tích âm của tứ diện Al. Loại zeolite

này được gọi là Soda Y hay NaY. Zeolite NaY không bền thủy nhiệt do chứa nhiều

Na+. Ion NH4

+ được dùng để thay thế Na+, sau khi sấy zeolite, NH3 bay hơi để lại

H+ trên zeolite, do đó tâm acid vừa là kiểu Bronsted vừa là kiểu Lewis. Tâm acid

Bronsted sau đó có thể được trao đổi bằng kim loại đất hiếm, làm tăng độ mạnh của

acid. Các tâm acid này tạo nên hoạt tính xúc tác của zeolite.

2.2.3 NGUYÊN TẮC CHUNG TRONG TỔNG HỢP ZEOLITE[1]

Zeolite thông thường được tổng hợp bằng phương pháp kết tinh thủy nhiệt từ

nguồn nhôm (sodium aluminate, aluminate sulfate) và nguồn silicate (thủy tinh

lỏng) trong môi trường kiềm. Gel được kết tinh trong hệ thống thủy nhiệt ở nhiệt độ







cao (thường 100oC – 200

oC). Thời gian đòi hỏi cho sự kết tinh từ vài giờ đến vài

ngày. Thành phần của hỗn hợp phản ứng được xác định bằng những tỉ số mol

SiO2/AlO3; H2O/SiO2; OH-/SiO2; M

+/SiO2.

Những năm gần đây thì sự tổng hợp những zeolite đặc biệt được thực hiện với

sự có mặt của những muối ammonium bậc bốn, những amin và những hợp chất hữu

cơ khác trong quá trình tạo gel. Trong trường hợp này thành phần của mẫu được

xác định bằng tỉ số R 4 N+/SiO2. Sự kết tinh zeolite chịu tác động bởi các yếu tố:

thành phần hỗn hợp phản ứng, nhiệt độ, pH, lượng nước, thời gian già hóa, sự có

mặt của những cation vô cơ hay hữu cơ . Vai trò của những nguồn hữu cơ này vẫn

chưa được xác định rõ ràng.

Sau quá trình kết tinh, zeolite được lọc, sấy khô để loại bỏ nước và những phân

tử hữu cơ khỏi tinh thể, nhiệt độ nung khoảng từ 400 - 550oC. Vì những mục đích

xúc tác zeolite được tổng hợp chuyển đổi thành dạng acid. Một vài zeolite được xử

lý với dung dịch HCl, một số khác thì được trao đổi vớ i NH4+ qua những dung dịch

như NH4OH, NH

4Cl hoặc NH

4 NO

3. Khi xử lý nhiệt thì NH

3 thoát ra để lại những

tâm acid trong cấu trúc.

2.2.4 ỨNG DỤNG[10;11]

Zeolite có nhiều ứng dụng rộng rãi trong công nghệ cũng như trong đời sống

như: trong công nghiệp hóa dầu, trong nông nghiệp, trong nuôi trồng thủy sản và

trong xử lý nước thải.







2.2.4.1 Trong lĩnh vực thƣơng mại v mỹ phẩm

Zeolite được sử dụng rất phổ biến như chất trao đổi ion trong mỹ phẩm và trong

lọc nước, chất làm mềm… Trong lĩnh vực hóa học, zeolite được sử dụng để phân

lập phân tử (chỉ những phân tử có hình dạng và kích cỡ thích hợp mới có thể đi

qua) như các bẫy phân tử.

Zeolite rất có tiềm năng trong việc phân tách các chất khí một cách chính xác

như loại bỏ hơi nước, CO2 và SO2 khỏi các dòng khí thiên nhiên. Các ứng dụng

phân tách chất khí khác như: các khí hiếm, N2, O2, freon và formaldehyde. Tuy

nhiên, hiện tại các khả năng trên vẫn còn hạn chế.

2.2.4.2 Công nghiệp ha dầu

Zeolite tổng hợp được ứng dụng rộng rãi làm chất xúc tác trong ngành công

nghiệp hóa lọc dầu như cracking xúc tác và hydro-cracking. Zeolite giữ các phân tử

trong các ô rồi biến đổi cấu trúc và độ phản ứng của chúng. Các zeolite dạng hydro

(tổng hợp bằng trao đổi ion) là những acid mạnh dạng rắn, và có thể kích thích phản

ứng xúc tác acid trên chất mang như phản ứng đồng phân hóa, alkyl hóa, và phản

ứng cracking. Tính chất hoạt hóa của các zeolite xúc tác được ứng dụng trong công

nghiệp hóa dầu. Cracking xúc tác sử dụng một lò nung và nồi phản ứng. Đầu tiên,

dầu thô qua chưng cất được đun nóng trong lò nung và được đưa sang lò phản ứng.

Trong lò phản ứng, dầu được cho tiếp xúc với xúc tác là zeolite ba lần, lần sau

nguội hơn lần trước. Cuối cùng là bước lọc. Bước lọc này gom lại hydrogen tái sửdụng, sau đó dầu qua chưng cất phân đoạn và trở thành sản phẩm cuối cùng.







Hình 2.5: Cấu trúc tinh thể zeolite lm xúc tác trong công nghiệp ha dầu

Bảng 2.1: Bảng s liệu năm 1994 (IFP) của tập đon dầu khí quc gia Việt

Nam về việc sử dụng xúc tác zeolite







2.2.4.3 Công nghiệp hạt nhân

Zeolite có các vi lỗ có khả năng thu giữ một số ion trong khi cho các ion khác đi

qua, chính nhờ khả năng này mà zeolite cho phép nhiều sản phẩm trong phản ứng

phân rã hạt nhân được lấy ra khỏi bã thải và lưu giữ mãi mãi. Khả năng quan trọng

không kém của zeolite là các tính chất khoáng học. Cấu trúc alumino -silicate cực

kỳ bền vững và chịu đựng cao đối với bức xạ mặc dù ở dạng tổ ong. Ngoài ra, khi

zeolite được dùng làm vật liệu thu giữ các sản phẩm thải của phản ứng hạt nhân,

chúng sẽ được ép nóng và trở thành một loại gốm siêu bền, các lỗ tổ ong bị khít lại

và thu giữ các chất thải trong một khối đá rắn chắc. Đây là một phương pháp xử lý

rác thải hạt nhân giảm đáng kể các rủi ro so với các hệ thống tái xử lý thông

thường.

2.2.4.4 Nông nghiệp

Trong nông nghiệp, khoáng vật clinoptilolite (khoáng vật zeolite tự nhiên) được

sử dụng trong xử lý đất. Nó cung cấp nguồn phân kali nhả chậm cho đất. Nếu trướcđó được xử lý bằng ammonium, zeolite khi đó có chức năng tương tự là nhả chậm

nitrogen. Zeolite cũng có thể hoạt động như máy điều tiết nước, trong trường hợp

này, zeolite hấp thu nước đến 55% trọng lượng của chúng và từ từ nhả ra cho cây

trồng. Tính chất này có thể ngăn chặn thối rễ cây và điều tiết khô hạn.

2.2.4.5 Trong chăn nuôi

Trong các phương pháp giúp phát triển động vật, khi cho thêm khoảng 1%

khoáng clinoptiloite có hàm lượng natri thấp có thể tăng khả năng tiêu hóa thức ăn,

giảm lượng khí thải ammonia lên tới 80%, tăng cường mật độ xương.







2.2.4.6 Trong y học

Các hệ thống làm tăng nồng độ khí oxy bằng zeolite được sử dụng rộng rãi để

tạo ra oxy y tế. Zeolite được sử dụng như một rây phân tử để tinh lọc khí oxy từ khí

quyển và thu giữ các khí khác, trong quá trình này, zeolite hấp phụ các khí không

mong muốn và các thành phần khác của không khí, để lại khí oxy với độ tinh khiết

cao và khoảng 5% khí argon.

2.2.4.7 Trong tủ lạnh v lò sƣi

Zeolite có thể được sử dụng như một vật thu gom năng lượng nhiệt từ mặt trời

và dùng làm chất hấp phụ trong tủ lạnh. Trong các ứng dụng này, khả năng hấp thu

nhiệt, hydrate hóa và dehydrate hóa cao trong khi vẫn lưu giữ được cấu trúc một

cách hoàn hảo. Tính chất hút ẩm kết hợp với phản ứng nhả nhiệt khi chuyển trạng

thái từ dạng dehydrate hóa sang dạng hydrate hóa, nên zeolite tự nhiên trở nên hữu

dụng trong việc thu giữ năng lượng nhiệt từ mặt trời.

2.2.4.8 Trong chất tẩy rửa

Ứng dụng lớn nhất của zeolite là trong thị trường chất tẩy rửa tổng hợp trên toàn

thế giới. Theo thống kê, người ta dùng tới 1,44 triệu tấn zeolite A ngậm nước vào

năm 1992.

2.2.4.9 Trong xây dựng

Zeolite tổng hợp hiện đang được sử dụng làm chất độn trong các công trình xây

dựng sử dụng hỗn hợp nóng của bê tông nhựa đường (warm mix asphalt concrete).







Ứng dụng này bắt nguồn ở châu Âu (Đức) vào những năm 1990. Nó làm giảm nhiệt

độ trong quá trình sản xuất và rải bê tông nhựa đường dẫn đến làm giảm lượng tiêu

thụ nhiên liệu hóa thạch, do đó thải ra ít khí CO2 hơn. Mặt khác, việc sử dụng

zeolite nhân tạo trong hỗn hợp nhựa đường nóng làm nó kết đặc lại dễ dàng hơn và

cho phép chuyên chở và sử dụng được trong thời tiết lạnh. Khi cho thêm vào xi

măng Porland thành xi măng Pozzolan, nó có thể làm giảm khả năng thấm chloride

và tăng cường khả năng làm việc của xi măng. Nó làm giảm trọng lượng và giúp

điều tiết hàm lượng nước trong khi vẫn cho phép nước bay hơi từ từ, tăng cường độ

cứng, chống phá vỡ.

2.2.4.10 Đá quý

Thomsonite là một trong những khoáng vật zeolite quý hiếm, được thu thập như

đá quý từ các dòng dung nham chảy dọc theo Đại Hồ (Lake Superior) ở Minnesota.

Các viên khoáng vật thomsonite này bị xói mòn bởi các dòng dung nham bazan

(basalt lava) và được thu nhặt trên các bãi biển bởi các thợ lặn ở Đại Hồ.

2.2.5 ZEOLITE A[3;10;11]

2.2.5.1 Tổng quan

Zeolite A là loại zeolite giàu nhôm, có mã quốc tế là LTA (Linde Type A).

Zeolite A được Weisse và Frilte tổng hợp đầu tiên vào năm 1950, được xây dựng

trên đơn vị thứ cấp vòng 4, 6, 8 và vòng 4-4 (D4R), là loại zeolite tổng hợp có cấu

tạo khác với zeolite tự nhiên. Đây cu ng la loa i zeolite tô ng hơ p đơn gia n nhất co t

lê Si/Al/Na là 1:1:1.







Cấu trúc dạng mạng lưới lập phương đơn giản tương tự như kiểu liên kết trong

tinh thể muối NaCl, với các cấu trúc tinh thể cơ bản: thuộc họ cubic, thuộc nhóm

đối xứng Fm3c, a=b=c= 24,61 Ao.

Đối với zeolite A, tỉ số Si/Al = 1 nên số nguyên tử Si và Al trong mỗi đơn vị

sodalite (khối bát diện cụt) là như nhau. Với mỗi bát diện cụt được tạo bởi 24 tứ

diện có 48 nguyên tử oxy làm cầu nối, vậy còn dư 12 điện tích âm. Để trung hòa

điện tích âm này phải có 12 cation hóa trị một, ví dụ như Na + hoặc 6 cation hóa trị

hai. Trong trường hợp zeolite A có 12 cation là Na+ nên công thức chung của

zeolite A là:

Na12.[(AlO2)12.(SiO2)12].27H2O

Đối với zeolite A thể tích của mỗi hốc lớn là 150 Ao và của mỗi hốc nhỏ là 77

Ao. Sự thông giữa các hốc tạo thành các kênh nối. Việc tạo thành kênh làm tăng thể

tích tự do của zeolite A khoảng 50% tổng thể tích chung. Do vậy độ xốp của zeolite

rất cao nên có thể hấp thụ được các chất có kích thước cỡ phân tử hoặc ion nhỏ hơn

đường kính cửa sổ để vào các hốc hấp thụ của zeolite. Điều này làm cho zeolite có

khả năng như một rây phân tử.

2.2.5.2 Tính chất của zeolite A

a. Tính chất acid bề mặt

Các nhà khoa học đã thừa nhận rằng tính chất acid của nhiều xúc tác (chủ yếu là

các zeolite) là nguồn hoạt tính xúc tác của chúng trong các phản ứng xảy ra theo cơ

chế car bonium như phản ứng cracking, polymer hóa, isomer hóa, alkyl hóa…







Tính chất acid của zeolite thực chất bắt nguồn từ cấu trúc đặc biệt là thành phần

hóa học của chúng. Mỗi đơn vị [AlO2] mang một điện tích âm, được trung hòa bằng

các cation, thường là các Na+. Khi thay thế ion Na+ bằng cation H+

sẽ làm xuất hiện

proton trong zeolite. Trong zeolite có hai loại tâm acid, một có khả năng cho proton

gọi là tâm acid Bronsted, một loại có khả năng nhận cặp electron là tâm acid Lewis.

Các tâm acid này được hình thành theo nhiều cách khác nhau.

Tâm acid Bronsted

Các nhóm hydroxyl chính là nguồn cung cấp proton chủ yếu để tạo nên tâm acid

Bronsted. Các nhóm OH hình thành trong quá trình phân giải các nhóm amoni tạo

proton liên kết với nguyên tử oxy của cấu trúc mạng lưới.

Quá trình trao đổi của zeolite với các kim loại kiềm thổ, kim loại chuyển tiếp,

kim loại đất hiếm cũng làm xuất hiện dạng proton hóa.

Tâm acid Lewis

Được hình thành từ quá trình nung nóng zeolite để tách nhóm hydroxyl của

zeolite

b. Tính chọn lọc hình dạng

Thuật ngữ chọn lọc hình dạng xúc tác được biết đến vào năm 1960, khi Weissevà Friltte khám phá ra zeolite A có kích thước mao quản tương đối lớn, khoảng 5

Ao. Do cấu trúc đặc biệt với độ xốp tương đối lớn nên ngoài tính chất acid bề mặt

thì zeolite A còn có tính chất độc đáo là tính chọn lọc hình dáng phản ứng. Tính







chất này thường được ứng dụng trong ngành công nghiệp dầu khí. Có ba loại chọn

lọc hình dáng.

Chọn lọc theo kích thƣớc chất phản ứng

Các tâm hoạt động của zeolite không chỉ phân bố bên ngoài bề mặt vật liệu mà

còn phân bố bên trong mao quản xốp của zeolite. Để tiếp xúc được các tâm hoạt

động bên trong cửa sổ mao quản, phân tử các chất cần khuếch tán qua cửa sổ và

tiến đến gần các tâm hoạt tính. Các phân tử có kích thước động học nhỏ hơn hay

bằng kích thước mao quản mới khuếch tán vào được, do đó có thể chọn lọc được

chất phản ứng như mong muốn.

Chọn lọc theo kích thƣớc sản phẩm phản ứng

Các phân tử vật chất bên trong mao quản zeolite phải có kích thước nhỏ hơn hay

bằng kích thước cửa sổ mao quản mới có thể chui ra ngoài, trở thành sản phẩm cuối

cùng. Các chất trung gian có kích thước phân tử lớn hơn kích thước cửa sổ mao

quản sẽ phản ứng tiếp tục tạo phân tử mới có kích thước nhỏ hơn hoặc nó sẽ bịt

chặt mao quản zeolite, gây mất hoạt tính xúc tác.

Chọn lọc theo trạng thái trung gian

Các quá trình hóa học trên xúc tác zeolite có thể xảy ra nhiều giai đoạn tạo các

hợp chất trung gian. Có thể có nhiều cơ chế cho một quá trình, nhưng cơ chế nàotạo hợp chất trung gian có kích thước phân tử đủ để tồn tại trong mao quản zeolite

sẽ ưu tiên diễn ra, loại bỏ những cơ chế tạo ra sản phẩm không theo yêu cầu.







c. Tính hấp thụ

Cấu trúc độc đáo tạo thành từ các tứ diện TO4 (trong đó T là Si hoặc Al) và tỉ số

Si/Al thích hợp đã tạo cho zeolite độ xốp lý tưởng có thể hấp thụ được các chất khí,

chất hữu cơ độc hại trong nước. Ứng dụng tính chất này của zeolite A trong lĩnh

vực nuôi trồng thủy sản để hấp thụ ion, chất hữu cơ có hại lơ lửng trong nước rồi tự

chìm xuống đáy làm sạch môi trường nuôi thủy sản. Trong lĩnh vực chăn nuôi thì

chế phẩm zeolite A được dùng làm phụ gia thêm vào thức ăn gia súc và gia cầm.

Nó có tác dụng là hấp thụ các chất độc trong cơ thể vật nuôi nhằm tăng khả năng

kháng bệnh, kích thích tiêu hóa và tăng trưởng. Bên cạnh đó người ta còn trộn

zeolite A vào phân để tạo ra một loại phân phân hủy chậm, vừa tiết kiệm lượng

phân bón, giữ độ ẩm mà còn có tác dụng điều hòa pH cho đất, dẫn đến làm giảm

lượng phân trong nước thải, góp phần bảo vệ môi trường.

d. Tính chất trao đổi ion

Zeolite A có tỉ số Si/Al thấp dẫn đến sự phân cực mạnh với những khung mangđiện tích âm. Các cation có khả năng trao đổi tạo ra những trường tĩnh điện và

tương tác với các phân tử có độ phân cực lớn. Ngoài ra, khả năng trao đổi ion của

zeolite còn phụ thuộc vào các yếu tố như: cấu trúc zeolite, tính chất và nồng độ

cation trong dung dịch, nhiệt độ. Tính chất này được ứng dụng cho xử lý môi

trường để làm mềm nước cứng và loại bỏ các ion kim loại nặng có hại trong nước

thải công nghiệp.







2.2.5.3 Phƣơng pháp tổng hợp zeolite A

Zeolite thường được tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt gel alumina và

silica. Các gel được tạo từ hai nguồn nguyên liệu chứa SiO2 và Al2O3. Các loại

nguyên liệu này có thể tìm thấy trong tự nhiên như đá diatomite, cao lanh hoặc từ

những hóa chất đơn giản.

Nguồn cung cấp SiO2 là: acid silicic, thủy tinh lỏng, sol-silic hoạt tính, khoáng

kaolinit, đá dominate…

Nguồn Al2O3 là: phèn nhôm đơn, phèn nhôm kép, các muối nhôm, nhôm oxyt,

nhôm hydroxyt…

Zeolite A có nhiều phương pháp nghiên cứu tổng hợp ở nhiệt độ từ 80oC đến

110oC với thời gian kết tinh từ 3 giờ đến 52 giờ. Tùy thuộc vào thành phần phối

liệu, pH của môi trường kết tinh mà thời gian kết tinh sẽ khác nhau. Bên cạnh đó

zeolite A đã và đang được nghiên cứu kết tinh ở nhiệt độ thường, với sự có mặt củamầm, trong khoảng thời gian từ 1 đến 7 ngày.

2.2.5.4 Các yếu t ảnh hƣng đến quá trình tổng hợp

Quá trình tổng hợp zeolite chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố như: pH của môi

trường kết tinh, thời gian kết tinh, tỉ số Si/Al, nhiệt độ, nguồn nguyên liệu.

a. pH của môi trƣờng

Thường mỗi loại zeolite có pH tổng hợp khác nhau, nếu pH không thích hợp thì







không tạo thành sản phẩm như mong muốn, chẳng hạn như ZSM -5 thường được

tổng hợp ở pH từ 11 đến 12. Nhưng với zeolite A thì pH của môi trường kết tinh

cho phép cao hơn 13, thường pH thích hợp để tổng hợp là 13,8.

b. Thời gian

Thời gian kết tinh ảnh hưởng đến kích thước tinh thể. Nếu thời gian kết tinh đủ

thì tinh thể phát triển đồng đều, do đó việc tìm thời gian kết tinh thích hợp là điều

rất cần thiết để tạo sản phẩm có chất lượng cao. Đồng thời thời gian gel hóa cũng

ảnh hưởng đến sự phát triển và độ đồng đều của kích thước tinh thể.

c. Tỉ s Si/Al

Ứng với mỗi loại zeolite có tỉ số Si/Al khác nhau, tùy thuộc vào tỉ số Si/Al mà

cấu trúc tinh thể khác nhau, tăng tỉ số Si/Al thì thời gian kết tinh và nhiệt độ kết tinh

sẽ tăng. Đối với zeolite A thì tỉ số Si/Al là từ 1 đến 1,5.

d. Nhiệt độ tổng hợp

Zeolite A thường được tổng hợp ở nhiệt độ 80oC đến 110oC, nhiệt độ thích hợp

để tổng hợp zeolite A là 100oC. Nhiệt độ kết tinh cao thì thời gian kết tinh ngắn lại.

Chẳng hạn kết tinh ở nhiệt độ 80oC thì thời gian kết tinh từ 5 đến 52 giờ nhưng ở

nhiệt độ 100oC thì thời gian kết tinh từ 3 đến 4 giờ.

e. Nguồn nguyên liệu

Nguồn nguyên liệu tinh khiết tạo ra sản phẩm với độ tinh khiết cao, kích thước







tinh thể phát triển đồng đều, dễ tạo gel trong quá trình khuấy trộn. Do đó cần làm

sạch vật liệu nguồn, loại bỏ tạp chất là điều quan trọng trong quá trình tổng hợp.

2.2.6 MAGNESIUM SILICATE (MgSiO3)[4;5;6;8]

2.2.6.1 Giới thiệu về MgSiO3

Magnesium silicate là một trong những chất hấp phụ quan trọng nhất ứng dụng

trong kỹ thuật tái chế dầu ăn đã qua sử dụng và trong tinh chế biodiesel.

Trong tự nhiên, magnesium silicate ngậm nước là một loại khoáng vật có màu

trắng, xám, xanh lá cây hoặc xanh da trời, tên thương mại là Talc (bắt nguồn từ

tiếng A-rập là talq) có công thức hóa học là H2Mg3(SiO3)4 hoặc Mg3Si4O10(OH)2,

tinh thể ở dạng phiến hay dạng sợi, dễ cắt gọt và rất mềm, có độ cứng là 1 (talc là

vật mềm nhất trong thang độ cứng của Moh, dễ dàng bóp vụn bằng tay). Talc có

trọng lượng riêng từ 2,5 đến 2,8. Talc không tan trong nước và tan ít trong các acid

vô cơ loãng.

Hình 2.6 : K hoáng vật magnesium silicate



http://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen

http://en.wikipedia.org/wiki/Magnesium



http://en.wikipedia.org/wiki/Silicate



http://en.wikipedia.org/wiki/Silicon


http://en.wikipedia.org/wiki/Oxygen



http://en.wikipedia.org/wiki/Hydroxide

http://en.wikipedia.org/wiki/Hydroxide






http://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen





Khoáng vật magnesium silicate được hình thành từ sự biến hóa của khoáng

magnesian (có chứa magnesium carbonate) như pyroxene, amphibole, olivine khi

có mặt CO2 và nước.

Về cơ bản thì talc hình thành do quá trình hydrate hóa và carbonate hóa khoáng

serpentine, mô tả bằng phản ứng sau:

Serpentine + Carbon Dioxide → Talc + Magnesite (Magnesium carbonate) + nước

Talc cũng có thể hình thành qua phản ứng giữa dolomite và silica:

Dolomite + Silica + nước → Talc + Calcite + Carbon Dioxide

Talc thường được gọi là đá tan hay ở dạng bột là bột hoạt thạch . Là khoáng vật

mềm được nghiền thành bột để dùng làm chất bôi trơn, có ứng dụng nhiều trong mỹ

phẩm cụ thể là trong các loại phấn trang điểm vì khi được nghiền mịn, nó tạo ra độ

trơn láng với cảm giác dễ chịu trên da. Ngoài ra talc còn được sử dụng trong găng

tay cao su.

Một sản phẩm có chứa magnesium silicate dưới dạng sợi là asbestos (amiăng)

được ứng dụng rộng rãi như tấm chịu lửa, vật liệu cách điện, dây thắng xe, và trong

máy lọc hóa chất nhưng đã bị cấm do gây ra bệnh về hô hấp và bệnh về phổi do hô

hấp phải amiăng.



http://en.wikipedia.org/wiki/Pyroxene

http://en.wikipedia.org/wiki/Amphibole

http://en.wikipedia.org/wiki/Olivine

http://en.wikipedia.org/wiki/Serpentine

http://en.wikipedia.org/wiki/Carbon_Dioxide

http://en.wikipedia.org/wiki/Magnesite


http://en.wikipedia.org/wiki/Water



http://en.wikipedia.org/wiki/Dolomite

http://en.wikipedia.org/wiki/Silica

http://en.wikipedia.org/wiki/Calcite



http://en.wikipedia.org/wiki/Silica

http://en.wikipedia.org/wiki/Dolomite



http://en.wikipedia.org/wiki/Carbon_Dioxide

http://en.wikipedia.org/wiki/Serpentine

http://en.wikipedia.org/wiki/Olivine

http://en.wikipedia.org/wiki/Amphibole

http://en.wikipedia.org/wiki/Pyroxene





Ngoài ra , magnesium silicate đươ c sa n xuất trong công nghiê p du ng la m chất

hâp phu , chât chông đo ng ba nh (anti-caking agent ), chât tăng cươ ng xu c ta c , chất

mang, và màng lọc gia cố (reinforcing filter), dùng để tinh chế rượu thô đa chức

(purification of crude polyols) vì nó có thể loại bỏ xúc tác khỏi rượu và làm màu

của rượu trong, sáng hơn, ngoài ra còn để tinh chế polyester , polymer.

2.2.6.2 Phƣơng pháp tổng hợp MgSiO3 từ vỏ trấu

a. Vỏ trấu

Vỏ trấu là phế phẩm của ngành công nghiệp xay xát gạo. Vỏ trấu khô chứa các

hợp chất vô cơ chiếm xấp xỉ 20% trọng lượng và 94% trọng lượng đó là silica. Còn

lại 6% trọng lượng là K 2O, CaO, MgO, MnO, Al2O3, P2O5, SiO2. Hợp chất hữu cơ

chủ yếu trong 4% còn lại của vỏ trấu khô là cellulose và hemicellulose chiếm 50%

trọng lượng và lignin chiếm 26% trọng lượng, phần còn lại là các hợp chất hữu cơ

như dầu, các protein….Thành phần vô cơ và hữu cơ phụ thuộc vào các yếu tố như:

thời tiết, đất và từng giống lúa.

Hình 2.7: Vỏ trấu







Tro thu được sau khi đốt cháy vỏ trấu chiếm khoảng 18% trọng lượng trấu ban

đầu và chứa hơn 90% là silica, được xem là nguồn nguyên liệu để sản xuất nhiều

sản phẩm thương mại có giá trị như: silicon carbide (SiC), bán dẫn, dùng trong

công nghiệp thủy tinh, trong xi măng porland, composite và ceramic.

b. Silica chiết tách từ vỏ trấu

Silica trắng và vô định hình được chiết tách từ vỏ trấu khô có diện tích bề mặt

riêng cao (SSA). Thành phần phần trăm trọng lượng của rơm lúa ( bao gồm cả lá) là

13,1 silica, 37,4 cellulose, 44,9 hemi-cellulose và 4,9 lignin. Tỉ lệ trọng lượng

rơm/trấu xấp xỉ 3,6. Với sản lượng lúa gạo hằng năm của thế giới khoảng 300 triệu

tấn, cho thấy tiềm năng sản xuất tương đương 40 triệu tấn silica từ vở trấu và rơm.

Mặc dù silica có SSA cao có thể chiết tách bằng phương pháp phân hủy vi sinh, tuy

nhiên phương pháp này tốn nhiều thời gian. Do đó, phương pháp hiện tại tách silica

từ các thành phần vô cơ bằng cách nung trấu ở nhiệt độ cao hơn 450oC. Trong quá

trình cháy, các nguyên tố không tinh khiết, đặc biệt là các oxit kim loại kiềm và

kiềm thổ, làm giảm SSA của silica rất nhiều. Các oxit của canxi, magie, kali, natrivà nhôm trong vỏ trấu đều phản ứng với silica (do ở nhiệt độ cao và trong thời gian

nung kéo dài) tạo ra một loại soda lime glass (trong đó kali thế chỗ natri) có SSA

xấp xỉ 1,0 m2/g. Silica được chiết tách bằng cách trộn tro với dung dịch sodium

hydroxide và đun sôi hỗn hợp trong một giờ. Sau khi lọc bỏ phần cặn carbon, thu

được dung dịch sodium silicate.

c. Tổng hợp magnesium silicate

Phương pháp tổng hợp chất hấp phụ magnesium silicate từ tro vỏ trấu gồm các

bước:







- Chiết tách silica từ tro bằng các dung dịch kiềm thu được dung dịch sodium

silicate.

- Trộn dung dịch sodium silicate với một muối của magnesium, thông thường

là dung dịch của muối magnesium sulfate và thu được kết tủa là chất hấp phụ

magnesium silicate.

2.2.6.3 Phƣơng pháp tổng hợp MgSiO3 từ ha chất công nghiệp

Tổng hợp magnesium silicate (MgO.nSiO2.xH2O) bằng cách trộn dung dịch

sodium silicate và muối của magnesium. Thường là dung dịch magnes ium sulfate.

Kết tủa thu được là magnesium silicate dùng làm chất hấp phụ.





Chương 3 Phương tiện và phương pháp nghiên cứu


CHƯƠNG 3

PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU

3.1.1 DỤNG CỤ VÀ TRANG THIẾT BỊ

+ Cốc thủy tinh

+ Buret

+ Cá từ

+ Erlen

+ Đũa thủy tinh

+ Phễu lọc

+ Giấy lọc

+ Cân điện tử

+ Bếp điện

+ Máy khuấy từ IKA

+ Bộ kiểm soát nhiệt độ

+ Tủ sấy

+ Ống sinh hàn

+ Bình chiết

3.1.2 HÓA CHẤT

+ NaOH (tinh khiết xuất xứ TQ)

+ KOH (tinh khiết xuất xứ TQ)

+ Acetone

+ Al2(SO4)3

+ Phenolphthalein

+ Thủy tinh lỏng

+ Acid silicic

+ HCl chuẩn 0,1N

+ Ethanol

+ Methanol nguyên chất (TQ)

+ MgSO4

+ Nước cất

+ Giấy chỉ thị







3.1.3 NGUYÊN LIỆU

- Mỡ cá basa mua ở khu công nghiệp Trà Nóc

- Trấu mua ở nhà máy xay xát gạo

3.2 THỰC NGHIỆM

Nội dung nghiên cứu của đề tài bao gồm các công đoạn sau:

-

Tổng hợp zeolite A và magnesium silicate từ hóa chất công nghiệp và từ vỏ trấu.

-

Điều chế biodiesel từ mỡ cá basa[1;2] và thử khả năng hấp phụ của các

chất hấp phụ là zeolite A và magnesium silicate tổng hợp từ hóa chất

công nghiệp và vỏ trấu.

-

Đánh giá chất lượng biodiesel sau hấp phụ qua chỉ số acid để chọn ra

chất hấp phụ có khả năng hấp phụ tốt nhất để khảo sát tìm điều kiện hấp

phụ tối ưu. So sánh với chất lượng biodiesel tinh chế bằng phương pháprửa với nước thông thường.

3.2.1 TỔNG HỢP ZEOLITE A TỪ ACID SILICIC VÀ Al2(SO4)3

Zeolite A được tổng hợp theo phương pháp khuấy trộn hai dung dịch Na2SiO3

và NaAlO2 tạo thành gel, sau đó để yên gel trong khoảng thời gian nhất định rồi

đun cách thủy thu được hỗn hợp gồm hai lớp. Lớp trên là lớp nước trong, lớp dưới

là lớp bột trắng. Đem lọc lấy lớp bột trắng, rửa sản phẩm bằng nước cất nhiều lần

cho đến khi nước qua lọc có pH gần bằng 7 thu được lớp bột nhão, đem sấy lớp bột

này thu được zeolite A.







3.2.2 TỔNG HỢP MAGNESIUM SILICATE

3.2.2.1 Tổng hợp từ vỏ trấu và MgSO4

Silica được chiết tách bằng cách trộn tro vỏ trấu với dung dịch sodium

hydroxide và đun sôi hỗn hợp trong một giờ. Sau khi lọc bỏ phần cặn, thu được dung

dịch sodium silicate. Kết tủa trắng MgSiO3 thu được khi cho dung dịch MgSO4 vào dung

dịch sodium silicate. Kết tủa sau đó được rửa bằng nước cất cho đến pH gần bằng 7

rồi rửa lại bằng acetone. Hoạt hóa MgSiO3 ở nhiệt độ cao.

3.2.2.2 Tổng hợp từ thủy tinh lỏng và MgSO4.7H2O công nghiệp

Kết tủa MgSiO3 thu được khi cho thủy tinh lỏng từ từ vào dung dịch MgSO4.

Kết tủa sau đó được rửa bằng nước cất cho đến pH gần bằng 7 rồi rửa lại bằng

acetone. Hoạt hóa MgSiO3 ở nhiệt độ cao.

3.2.3 TỔNG HỢP BIODIESEL TỪ MỠ CÁ BASA[2]

3.2.3.1 Chuẩn bị mỡ cá basa

Mỡ cá sau khi mua về được rửa lại bằng nước sạch và gỡ bỏ chỉ máu. Sau đó để

cho thật ráo nước mới cho vào chảo thắng. Mỡ sau khi thắng xong được lọc bỏ

phần bã, thu được mỡ có màu vàng sáng, trong. Chuẩn độ mỡ cá để xác định chỉ số

acid của nguyên liệu mỡ ban đầu.







3.2.3.2 Tiến hành phản ứng

Phản ứng transester hóa mỡ cá basa được thực hiện với methanol và xúc tác là

NaOH[2]. NaOH không tan trong mỡ mà tan trong methanol. Hòa tan NaOH bằng

methanol rồi cho vào mỡ. Hỗn hợp phản ứng được khuấy đều bằng máy khuấy từ

để hỗn hợp phản ứng đồng đều, tạo tiếp xúc tốt giữa tác chất phản ứng với nhau và

với xúc tác. Ngoài ra nhiệt được phân bố đồng đều trong hỗn hợp phản ứng, thúc

đẩy phản ứng tốt hơn.

3.2.3.3 Xử lý sau phản ứng

Sau phản ứng, cho hỗn hợp vào bình chiết và để yên trong một thời gian để hỗn

hợp tách thành hai pha. Pha biodiesel thô ở trên và pha glyceride ở dưới. Pha

biodiesel thô ở trên dễ dàng thu được khi tháo bỏ pha glyceride ở dưới. Biodiesel

thô này được tiến hành khảo sát bằng cách chia làm hai phần. Một phần được rửa

nước rồi chuẩn độ với dung dịch KOH 0,01N để xác định chỉ số acid. Phần còn lại

tiến hành khảo sát khả năng hấp phụ của các chất hấp phụ rắn vừa được tổng hợpđược (zeolite A, MgSiO3 tổng hợp từ vỏ trấu và MgSiO3 tổng hợp từ hóa chất công

nghiệp). sau đó lọc rồi chuẩn độ với dung dịch KOH 0,01N để xác định chỉ số acid.

Phương pháp rửa nước được tiến hành qua 4 bước:

Bước 1: rửa bằng dung dịch CH3COOH 5% thường sử dụng khoảng 10-15% thể

tích biodiesel. Mục đích của giai đoạn này là làm giảm pH, đảm bảo pH khoảng 7.

Bước 2: rửa bằng nước, thường sử dụng tương đương lượng acid dùng trên, mục

đích của giai đoạn này là loại bỏ acid dư.







Bước 3: rửa bằng dung dịch NaCl bão hòa, thường sử dụng khoảng 30% thể tích

biodiesel thu được, giúp loại bỏ nước trong sản phẩm biodiesel.

Bước 4: làm khô sản phẩm biodiesel vì sau khi rửa có thể còn lẫn nước và được

làm khô bằng Na2SO4.

3.2.4 KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CỦA CÁC CHẤT HẤP PHỤ

RẮN TRONG TINH CHẾ BIODIESEL

Có nhiều yếu tố có thể ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của chất hấp phụ rắn.

Tuy nhiên trong khuôn khổ đề tài nên chỉ tập trung khảo sát 2 yếu tố quan trọng

nhất là khối lượng chất hấp phụ sử dụng và thời gian hấp phụ.

Phương pháp khảo sát là cố định một yếu tố, thay đổi yếu tố cần khảo sát. Khả

năng hấp phụ của mỗi chất rắn được đánh giá qua việc thay đổi chỉ số acid của mẫu

biodiesel trước và sau quá trình hấp phụ.

Sau đây là phần trình bày các bước thực hiện khảo sát khả năng hấp phụ của các

chất rắn tổng hợp được.

3.2.4.1 Zeolite A

a. Khảo sát khối lượng chất hấp phụ

Những lượng zeolite A khác nhau được cho vào biodiesel thô, khuấy đều trong

một khoảng thời gian cố định như nhau. Sau đó lọc và đem chuẩn độ tất cả các mẫu

với dung dịch KOH 0,01N để xác định chỉ số acid.







b. Khảo sát thời gian hấp phụ

Tiến hành cho các mẫu có cùng khối lượng zeolite A nhưng được thực hiện

trong các khoảng thời gian khác nhau. Sau đó lọc và đem chuẩn độ với dung dịch

KOH 0,01N để xác định chỉ số acid.

3.2.4.2 MgSiO3 từ vỏ trấu


Thay đổi khối lượng MgSiO3 sử dụng và tiến hành để các mẫu hấp phụ trong

một khoảng thời gian cố định như nhau. Sau đó lọc và đem chuẩn độ tất cả các mẫu

với dung dịch KOH 0,01N để xác định chỉ số acid.


Tiến hành cho các mẫu hấp phụ MgSiO3 có cùng khối lượng nhưng được thực

hiện trong các khoảng thời gian khác nhau. Sau đó lọc và đem chuẩn độ với dung

dịch KOH 0,01N để xác định chỉ số acid.

3.2.4.3 MgSiO3 từ hóa chất công nghiệp


Thay đổi khối lượng MgSiO3 và tiến hành để các mẫu hấp phụ trong một

khoảng thời gian cố định như nhau. Sau đó lọc và đem chuẩn độ tất cả các mẫu với

dung dịch KOH 0,01N để xác định chỉ số acid.








Tiến hành cho các mẫu hấp phụ có cùng khối lượng MgSiO3 nhưng được thực

hiện trong các khoảng thời gian thay đổi tăng dần. Sau đó lọc và đem chuẩn độ với

dung dịch KOH 0,01N để xác định chỉ số acid.





Chương 4 Kết quả và thảo luận


CHƢƠNG 4

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

4.1 TỔNG HỢP ZEOLITE A TỪ ACID SILICIC VÀ Al2(SO4)3

a. Điều chế dung dịch NaAlO2

Tạo kết tủa Al(OH)3

Cân 8,4g Al2(SO4)3 cho vào cốc thủy tinh 100 ml và thêm 30 ml nước cất hòa

cho tan. Tiếp theo cân 3 g NaOH hòa tan vào 30 ml nước cất. Sau đó cho từ từ dung

dịch NaOH vào dung dịch Al2(SO4)3 thu được kết tủa Al(OH)3, lọc và rửa thu được

kết tủa trắng là Al(OH)3.

Điều chế NaAlO2

Cân 2 g NaOH hòa tan trong nước cất sao cho tổng lượng thu được là 35 ml.

Khuấy trộn dung dịch trên ở 70oC và cho từ từ kết tủa Al(OH)3 vào khuấy tan, lọc

thu được dung dịch trong.

b. Điều chế Na2SiO3

Cân 1,53 g acid silicic cho vào cốc 100 ml, thêm 1g NaOH và 18 ml nước cất

vào cốc, vừa khuấy vừa gia nhiệt cho acid silicic tan hoàn toàn. Lọc và thu được







dung dịch trong.

c. Tạo gel và kết tinh

Cho dung dịch NaAlO2 từ từ vào dung dịch Na2SiO3 đang được khuấy trộn. Quá

trình cho NaAlO2 vào Na2SiO3 được chia làm ba lần, mỗi lần cách nhau 15 phút.

Tổng thời gian khuấy là 90 phút. Sau quá trình khuấy tạo thành gel đồng nhất.

Để yên gel trong 3 ngày, sau đó đun cách thủy gel ở 100oC trong 4 giờ. Sau 4

giờ đun cách thủy thu được hỗn hợp gồm 2 lớp, lớp trên là lớp nước trong, lớp dưới

là lớp bột trắng. Đem lọc chân không lấy lớp bột trắng, rửa sản phẩm nhiều lần

bằng nước cất cho đến khi pH của nước qua lọc gần bằng 7 thu được lớp bột nhão,

đem sấy hỗn hợp bột ở 70oC khoảng 2 giờ thu được zeolite A.

4.2 TỔNG HỢP MAGNESIUM SILICATE

4.2.1 Tổng hợp từ vỏ trấu và MgSO4

Phương pháp này bao gồm 4 bước như sau:

Bƣớc 1. Chuẩn bị tro vỏ trấu

- Xử lý trấu bằng dung dịch 5% HCl ở 150oC trong 1 giờ .

- Rửa bằng nước cất cho đến khi nước qua lọc có pH khoảng 6.







Bƣớc 2: Chiết tách silica

- Cho 600 ml NaOH 1M vào 100g tro vỏ trấu, vừa đun sôi và khuấy đều trong

1 giờ.

- Hỗn hợp sau đó lọc qua giấy lọc, phần cặn được rửa với 50ml nước sôi.

- Dung dịch qua lọc trộn chung với nước rửa được làm nguội xuống nhiệt độ

phòng (dung dịch I).

Bƣớc 3: Chuẩn bị dung dịch MgSO4

- Cân 18,7 g MgSO4.7H2O.

- Hòa tan 18,7 g MgSO4.7H2O vào 150 ml nước ở nhiệt độ phòng, thu được

dung dịch II.

Bƣớc 4: Tổng hợp magnesium silicate

- Cho 250 ml dung dịch silica dung dịch I vào dung dịch MgSO4 (dung dịchII).

- Kết tủa sau khi lọc bằng chân không, được rửa bằng nước lọc cho đến khi

nước qua lọc có pH gần bằng 7.

- Rửa lại bằng acetone.

- Làm khô ở 110oC trong 3 giờ.

- Hoạt hóa ở 600oC trong 7 giờ.

4.2.2 Tổng hợp từ thủy tinh lỏng và MgSO4.7H2O công nghiệp

Tổng hợp MgSiO3 được tiến hành như sau:







- Cân 246 g MgSO4.7H2O và 122 g thủy tinh lỏng.

- Hòa tan 246 g MgSO4.7H2O trong 400 ml nước.

- Cho thủy tinh lỏng từ từ vào dung dịch MgSO4 đồng thời khuấy đều, thu

được kết tủa.

- Kết tủa sau khi được lọc bằng chân không, được rửa bằng nước lọc.

- Rửa lại bằng acetone.

- Làm khô ở 110oC trong 3 giờ.

- Hoạt hóa ở 600oC trong 7 giờ.

4.3 TỔNG HỢP BIODIESL

4.3.1 Nguyên liệu mỡ cá

Việc xác định chỉ số acid của nguyên liệu là công việc hết sức quan trọng. Nó

quyết định phương pháp tiến hành phản ứng (quy trình phản ứng một bước hay hai

bước) cũng như chất lượng thành phẩm. Chỉ số acid của mỡ cá dùng trong phản

ứng transeter hóa phải nhỏ hơn một để hạn chế tối đa tạo xà phòng khi dùng xúc tác

là KOH. Sau đây là kết quả chỉ số acid của nguyên liệu mỡ cá.

Nguyên liệu mỡ: kết quả chuẩn độ mỡ cá basa bằng dung dịch KOH 0,01N là:

mmỡ cá = 0,13 g.

VKOH = 0,2 ml IA = (0,561 x V)/ m = (0,561 x 0,2)/ 0,13 = 0,86

Với chỉ số acid 0,86 là phù hợp để tiến hành quy trình một bước.







4.3.2 Tiến hành phản ứng

Sau khi đã xác định chỉ số acid là 0,86 và thấy phù hợp với quy trình một bước,

chúng tôi tiến hành như sau:

- Cân lần lượt 200g mỡ; 2,4g KOH; 36g methanol.

- Hòa tan KOH trong methanol bằng máy khuấy từ.

- Tiến hành phản ứng transester hóa ở 60oC trong 2 giờ sử dụng máy khuấy từ.

4.3.3 Xử lý hỗn hợp sau phản ứng

Sau phản ứng thu được hỗn hợp màu vàng nâu . Cho hỗn hợp vào phễu chiết để yên

khoảng 1 giờ. Hỗn hợp tách thành hai lớp. Lớp trên là biodiesel thô có màu vàng và

đục. Lớp dưới là hỗn hợp glyceride có màu nâu sậm. Sau khi tách bỏ lớp dưới, ta thu

được khoảng 230ml biodiesel thô tương ứng với 200g mỡ phản ứng. Biodiesel thô này

được chia làm 2 phần. Một phần tinh chế bằng phương pháp rửa với nước. Một phần

tinh chế bằng các chất hấp phụ rắn đã tổng hợp rồi xác định chất hấp phụ rắn tốt nhấtđể tinh chế biodiesel và so sánh kết quả chỉ số acid của biodiesel rửa nước với

biodiesel được tinh chế băng chất hấp phụ rắn. Sau đây là tuần tự các bước thực hiện

và kết quả.

Bước 1: rửa bằng 15ml dung dịch CH3COOH 5%.

Bước 2: rửa bằng 20ml nước.

Bước 3: rửa bằng 30ml dung dịch NaCl bão hòa.

Bước 4: làm khô sản phẩm biodiesel bằng 10g Na2SO4.







Sau khi làm khô biodiesel ta tiến hành chuẩn độ với KOH 0,01N, sau đây là kết

quả:

m biodiesel = 0,13 g.

VKOH = 0,2 ml IA = (0,561 x V)/ m = (0,561 x 0,2)/ 0,13 = 0,86.

Với chỉ số acid là 0,86 bằng với chỉ số acid của mỡ nguyên liệu. Ta thấy phương

pháp rửa nước không làm giảm chỉ số acid.

Phần còn lại ta tiến hành khảo sát khả năng hấp phụ của các chất rắn tổng hợp được

là zeolite A và MgSiO3 (từ vỏ trấu và từ hóa chất công nghiệp).

4.4 ZEOLITE A

Cân lần lượt 5, 6, 7, 8 gam zeolite A, cho vào 4 cốc thủy tinh đựng sẵn 30 ml

biodiesel thô, khuấy đều và để trong 2 giờ. Sau đó lọc và được 4 mẫu biodiesel, tiến

hành chuẩn độ lần lượt 4 mẫu bằng dung dịch KOH 0,01N và tính toán chỉ số acid, kết

quả được trình bày trong bảng sau.

Thứ tự mẫu Khối lượng

zeolite A (g)

Thể tích KOH

chuẩn độ (ml)

Chỉ số acid

Mẫu 5 5 0,2 0,86

Mẫu 6 6 0,2 0,86

Mẫu 7 7 0,2 0,86Mẫu 8 8 0,2 0,86







Chất lượng biodiesel được đánh giá sơ bộ qua chỉ số acid, kết quả cho thấy chỉ số

acid không thay đổi theo khối lượng tăng dần của zeolite A, chứng tỏ zeolite A hấp phụ

acid béo tự do không tốt, tiếp theo ta tiến hành khảo sát theo thời gian hấp phụ.

Cân 4 mẫu, mỗi mẫu 8 gam zeolite A cho vào 4 cốc thủy tinh đựng sẵn 30 ml

biodiesel thô. Khuấy đều và để lần lượt 4 cốc theo thứ tự đã được đánh dấu là 1, 2, 3, 4

giờ. Lọc loại bỏ chất hấp phụ sau đó tiến hành chuẩn độ 4 mẫu trên và xác định được

chỉ số acid như sau:

Thứ tự mẫu Thời gian

hấp phụ (giờ)

Thể tích KOH

chuẩn độ (ml)

Chỉ số acid

Mẫu 1 1 0,2 0,86

Mẫu 2 2 0,2 0,86

Mẫu 3 3 0,2 0,86

Mẫu 4 4 0,2 0,86

Qua kết quả khảo sát khả năng hấp phụ của zeolite theo thời gian hấp phụ, ta thấy

chỉ số acid của cả 4 mẫu không thay đổi. Kết hợp với kết quả khảo sát khả năng hấp

phụ theo khối lượng ở trên, ta nói zeolite A không hấp phụ acid béo tự do. Chỉ số acid

liên quan đến chất lượng biodiesel nên ta không khảo sát zeolite A nữa mà chuyển sang

khảo sát khả năng hấp phụ của chất rắn tiếp theo là MgSiO3.

4.5 MAGNESIUM SILICATE TỪ VỎ TRẤU

Tương tự như khảo sát với zeolite A, ta tiến hành tuần tự như sau.







Cân lần lượt 5, 6,7, 8 gam MgSiO3, cho vào 4 cốc thủy tinh đựng sẵn 30 ml

biodiesel thô, khuấy đều và để trong 2 giờ. Lọc rồi tiến hành chuẩn độ 4 mẫu trên với

dung dịch KOH 0,01N và thu được kết quả chỉ số acid như bảng sau.

Từ kết quả bảng trên, ta thấy MgSiO3 tổng hợp từ vỏ trấu có khả năng hấp phụ acid

béo tự do trong khi zeolite A không hấp phụ được. Tuy nhiên lượng chất rắn MgSiO3

dùng hấp phụ khá lớn (mMgSiO3 = 27% m biodiesel thô). Hơn nữa, biodiesel thành phẩm

có chỉ số acid còn cao (0,65). Tiếp theo chúng tôi tiến hành khảo sát thời gian hấp phụ

tối ưu ứng với 8g MgSiO3.

Chuẩn bị 4 mẫu, mỗi mẫu 8 gam MgSiO3 cho vào 4 cốc thủy tinh đựng sẵn 30 ml

biodiesel thô. Khuấy đều và để lần lượt 4 cốc theo thứ tự đã được đánh dấu là 1, 2, 3, 4

giờ. Lọc rồi tiến hành chuẩn độ 4 mẫu trên và xác định được chỉ số acid trong bảng

dưới đây.


MgSiO3 (g)

Thể tích KOH

chuẩn độ (ml)

Chỉ số acid

Mẫu 5 5 0,2 0,86

Mẫu 6 6 0,2 0,86

Mẫu 7 7 0,15 0,65

Mẫu 8 8 0,15 0,65








hấp phụ (giờ)

Thể tích KOH

chuẩn độ (ml)

Chỉ số acid

Mẫu 1 1 0,2 0,86

Mẫu 2 2 0,2 0,65

Mẫu 3 3 0,2 0,65

Mẫu 4 4 0,15 0,65

Từ kết quả này cho thấy thời gian tối thiểu để MgSiO3 tổng hợp từ vỏ trấu hấp phụ

đạt được chỉ số acid 0,65 là 2 giờ. Ta thấy thời gian hấp phụ so với rửa bằng nước (8

giờ) đã giảm đi nhiều. Điều này cho thấy tính khả quan của phương pháp tinh chế

biodiesel bằng chất hấp phụ rắn là MgSiO3. Tuy chưa đánh giá qua các chỉ tiêu khác

nhưng về mặt cảm quan biodiesel thành phẩm có độ trong, màu vàng nhạt khi so sánh

với biodiesel rửa bằng nước. Tiếp theo chúng tôi tiếp tục khảo sát khả năng hấp phụ

của chất hấp phụ MgSiO3 điều chế từ hóa chất công nghiệp.

4.6 MAGNESIUM SILICATE TỪ HÓA CHẤT CÔNG NGHIỆP

Cân lần lượt 3, 4, 5, 6, 7, 8 gam MgSiO3, cho vào 6 cốc thủy tinh đựng sẵn 30 ml

biodiesel thô, khuấy đều và để trong 2 giờ. Lọc rồi tiến hành chuẩn độ 6 mẫu trên và

xác định được chỉ số acid trong bảng dưới đây.


MgSiO3 (g)

Thể tích KOH

chuẩn độ (ml)

Chỉ số acid







Qua kết quả trên cho thấy MgSiO3 tổng hợp từ hóa chất công nghiệp có khả năng

hấp phụ tốt acid béo tự do qua chỉ số acid giảm từ 0,86 xuống còn 0,43 trong k hi khối

lượng chất hấp phụ là 5g. Hơn nữa biodiesel qua hấp phụ có độ trong cao, màu vàng rất

nhạt khi so sánh với biodiesel rửa bằng nước. Điều này cho thấy MgSiO3 tổng hợp từ

hóa chất công nghiệp có khả năng hấp phụ tốt hơn khi tổng hợp từ vỏ trấu. Tiếp theo ta

tiến hành khảo sát theo thời gian hấp phụ để xác định điều kiện hấp phụ tối ưu.

Cân 5 mẫu, mỗi mẫu 5 gam MgSiO3 cho vào 5 cốc thủy tinh đựng sẵn 30 ml

biodiesel thô. Khuấy đều và để lần lượt 5 cốc theo thứ tự đã được đánh dấu là 1/2, 1, 2,

3, 4 giờ . Lọc rồi tiến hành chuẩn độ 4 mẫu trên và xác định được chỉ số acid trong bảng

dưới đây.

Mẫu 3 3 0,2 0,86

Mẫu 4 4 0,15 0,65

Mẫu 5 5 0,1 0,43

Mẫu 6 6 0,1 0,43

Mẫu 7 7 0,1 0,43

Mẫu 8 8 0,1 0,43








hấp phụ (giờ)

Thể tích KOH

chuẩn độ (ml)

Chỉ số acid

Mẫu 1 1/2 0,15 0,65

Mẫu 2 1 0,1 0,43

Mẫu 3 2 0,1 0,43

Mẫu 4 3 0,1 0,43

Mẫu 5 4 0,1 0,43

Vậy thời gian để 5g chất rắn hấp phụ đạt chỉ số acid 0,43 là một giờ, ít hơn rất

nhiều so với MgSiO3 tổng hợp từ vỏ trấu và phương pháp rửa nước thông thường.

Qua kết quả 2 lần khảo sát theo khối lượng và thời gian hấp phụ của MgSiO 3 tổng

hợp từ hóa chất công nghiệp chúng tôi rút ra được điều kiện hấp phụ tối ưu như sau:

- Lượng biodiesel thô là 30 ml.

- Lượng MgSiO3 là 5g.

-

Thời gian hấp phụ là 1 giờ.

Sau khi đã xác định được chất hấp phụ rắn có khả năng hấp phụ tốt nhất trong 3

loại khảo sát là MgSiO3 tổng hợp từ hóa chất công nghiệp, đồng thời xác định được

điều kiện tối ưu cho quá trình hấp phụ, chúng tôi tiến hành khảo sát khả năng hấp phụ

lặp lại kết quả trong điều kiện tối ưu với quy mô lớn hơn. Tăng lượng biodiesel thô lên

500 ml tương ứng với lượng MgSiO3 tăng lên 83 g. Kết quả ta thấy biodiesel có chất

lượng không thay đổi so với khi thực hiện ở lượng nhỏ. Sau khi tổng hợp và tinh chế

được 2 lít biodiesel thành phẩm, chúng tôi đã tiến hành phân tích thêm 5 chỉ tiêu về

chất lượng biodiesel nhằm đánh giá chất lượng biodiesel cũng như khả năng hấp phụ

của MgSiO3. Các chỉ tiêu đánh giá bao gồm:







- Hàm lượng nước và tạp chất tính theo thể tích.

- Hàm lượng tro sulphat tính theo khối lượng.

- Hàm lượng lưu huỳnh (S).

- Ăn mòn lá đồng (50oC, 3 giờ).

- Hàm lượng cặn carbon tính theo khối lượng.

Kết quả phân tích biodiesel được trình bày trong bảng 4.1.







BẢNG 4.1: Kết quả phân tích mẫu biodiesel tinh chế bằng magnesium silicate

tổng hợp từ hóa chất công nghiệp

Tên chỉ tiêu Phương pháp

thử

Mức chất lượng theo TCVN

7717: 2007 diesel sinh học gốc

Kết quả

thử

nghiệm

Hàm lượng nước và tạp

chất tính theo thể tích,

%

ASTM D

2709-96

(2001)

Không lớn hơn 0,050 Không có

Hàm lượng tro sulphát

tính theo khối lượng,

%

ASTM D 874-

06

Không lớn hơn 0,020 Nhỏ hơn

0,001

Hàm lượng lưu huỳnh

(S), mg/kg

ASTM D

4294-02

Không lớn hơn 500 50

Ăn mòn lá đồng (50o C,

3h)

ASTM D 130-

04

Loại No1 1a

Hàm lượng cặn cacbontính theo khối lượng, %

ASTM D4530-03 theo

phương pháp

micro

Không lớn hơn 0,050 0,01







BẢNG 4.2: So sánh kết quả phân tích mẫu biodiesel tinh chế bằng magnesium

silicate tổng hợp từ hóa chất công nghiệp với mẫu biodiesel tinh chế theo phƣơng

pháp rửa với nƣớc thông thƣờng[2]

Tên chỉ tiêu Phương pháp

thử

Biodiesel tinh chế

bằng MgSiO3

Biodiesel tinh chế bằng

phương pháp rửa nước

Hàm lượng nước và

tạp chất tính theo thể

tích, %

ASTM D

2709-96

(2001)

Không có 0,19

Hàm lượng lưu

huỳnh (S), mg/kg

ASTM D

4294-02

50 54

Ăn mòn lá đồng (50o

C, 3h)

ASTM D

130-04

1a 1a

Hàm lượng cặn

cacbon tính theo khối

lượng, %

ASTM D

4530-03 theo

phương pháp

micro

0,01 1,56







Hình 4.1: Kết quả chụp ảnh SEM của magnesium silicate





Chương 5: Kết luận và kiến nghị


CHƯƠNG 5

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Sau bốn tháng nghiên cứu và khảo sát thí nghiệm, đề tài “nghiên cứu ứng dụng chất

hấp phụ rắn trong tinh chế biodiesel” đã đạt được những kết quả sau:

- Tổng hợp được các chất hấp phụ rắn là zeolite A và magnesium silicate. Trong đó,

magnesium silicate được tổng hợp từ nguồn phế phẩm là vỏ trấu có ý nghĩa quan trọng

trong việc tận dụng nguồn phế phẩm dồi dào, rẻ tiền trở thành một nguồn cung cấp

nguyên liệu trong việc tổng hợp các sản phẩm có giá trị cao đi từ silica. Các chất hấp

phụ rắn tổng hợp được có dạng bột trắng và không tan trong nước.

- Sau khi khảo sát khả năng hấp phụ theo hai yếu tố là thời gian và khối lượng chất

hấp phụ thì thấy rằng zeolite A không hấp phụ acid béo tự do, magnesium silicate hấp

phụ tốt acid béo tự do và đặc biệt là magnesium silicate tổng hợp từ hóa chất công

nghiệp cho kết quả tốt hơn cả.

- Kết quả chụp ảnh SEM cho thấy hạt magnesium silicate có rất nhiều lỗ trống dạng

tổ ong với kích thước rất đồng đều. Điều này cho thấy magnesium silicate có khả năng

hấp phụ rất tốt. Điều này được chứng minh qua kết quả phân tích biodiesel tinh chế

bằng magnesium silicate. Khi so sánh với kết quả phân tích biodiesel tinh chế bằng

phương pháp rửa nước cho thấy biodiesel được tinh chế bằng magnesium sil icate cho

kết quả tốt hơn, đặc biệt là chỉ tiêu hàm lượng nước và tạp chất của biodiesel tinh chế





Chương 5: Kết luận và kiến nghị


bằng magnesium silicate là không có trong khi biodiesel rửa nước là 0,19 % (theo thể

tích biodiesel). Hơn nữa, mục đích của đề tài là làm giảm thời gian tinh chế. Qua khảo

sát cho thấy thời gian để tinh chế biodiesel đã giảm từ 8 giờ xuống còn gần 3 giờ. Tuy

nhiên đây chỉ là kết quả trong phòng thí nghiệm, nếu ứng dụng vào công nghiệp với

quy mô lớn có thể thời gian sẽ còn giảm hơn nữa.

Trong phạm vi nghiên cứu và thời gian của một đề tài luận văn tốt nghiệp, có nhiều

mặt còn hạn chế như trang thiết bị để có thể tạo ra các hạt hấp phụ rắn mịn và nhỏ hơn

nhằm làm tăng diện tích bề mặt riêng. Ngoài ra đề tài chỉ mới khảo sát hai yếu tố cơ

bản là thời gian và khối lượng chất rắn trong khi còn có yếu tố quan trọng khác cũng có

thể ảnh hưởng tới khả năng hấp phụ là nhiệt độ. Hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài

để nâng cao chất lượng biodiesel thành phẩm là khảo sát cỡ hạt chất hấp phụ trong tinh

chế biodiesel, khảo sát nhiệt độ hấp phụ cũng như khảo sát thêm các chất hấp phụ rắn

khác.





Tài liệu tham khảo


TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Huỳnh Thị Mỹ Hạnh (2008), luận văn nghiên cứu ứng dụng xúc tác zeolite A

trong tổng hợp biodiesel từ mỡ cá basa, trường ĐH Cần Thơ.

2. Luận văn nghiên cứu quy trình sản xuất biodiesel từ mỡ cá basa.

3. Lý Thị Mỹ Nhân (2006), luận văn tổng hợp zeolite A, trường ĐH Cần Thơ.

4. United state patent, patent number 4732747, magnesium silicate composition

and process for making.

5. United state patent, patent number US 6 368 571 B1, ZSM-5 make fromsiliceous ash.

6. Silica Derived from burned Rice Hulls, M.F. de Souza*, W.LE. Magalhãhes,

M.C. Persegil Department of Physics and Materials Science - Center for Optics

and Photonics CEPOF- Institute of Physics of São Carlos, USP Received:

February 01, 2002; Revised: July 21, 2002

7. http://www3.congnghedaukhi.com/modules.php?name=News&op=viewst&sid=

20 (giới thiệu về xúc tác FCC). 8. http://en.wikipedia.org/wiki/Talc (talc-magnesium silicate)

9.

http://www.runyoutech.com/magnesium_silicate.htm (magnesium silicate

absorbent)

10. http://en.wikipedia.org/wiki/Zeolite (zeolite)

11. http://palimpsest.stanford.edu/byorg/abbey/an/an20/an20-7/an20-702.html

(zeolite)

12.

http://en.wikipedia.org/wiki/Biodiesel (biodiesel)

13. http://vi.wikipedia.org/wiki/Diesel_sinh_h%E1%BB%8Dc (biodiesel)





Tài liệu tham khảo


14. http://www.google.com.vn/url?sa=t&source=web&ct=res&cd=1&url=http%3A

%2F%2Fvnthuquan.net%2Fdiendan%2Ffb.aspx%3Fm%3D404043&ei=rqMrSd

G3MJmWsAP199HfAQ&usg=AFQjCNGoKJRImm8ig518oFlYCpxAd6RjpQ

&sig2=3jVXZCc5oXl6le_wObivcA (các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng

transester hóa).

15. http://vi.wikipedia.org/wiki/H%E1%BA%A5p_ph%E1%BB%A5 (hấp phụ)





Phụ lục


PHỤ LỤC 1(*)

Chỉ tiêu chất lượng biodiesel liên quan đến an toàn, sức khỏe, môi

trường

Tên chỉ tiêu Mức

1. Hàm lượng este, % khối lượng min. 96,5

2. Nước và cặn, % thể tích max. 0,050

3. Độ nhớt động học tại 40 oC, mm

2/s 1,9 – 6,0

4. Tro sulphát, % khối lượng max. 0,020

5. Trị số xêtan min. 47

6. Trị số axit, mg KOH/g max. 0,50

7. Độ ổn định ôxy hoá, tại 110 oC, giờ min. 6

8. Glycerin tự do, % khối lượng max. 0,020

9. Glycerin tổng, % khối lượng max. 0,240

10. Phospho, % khối lượng max. 0,001

(*):Quy chuẩn quốc gia về điêzen sinh học gốc (B100).





Phụ lục


PHỤ LỤC 2(*)

Các chỉ tiêu chất lượng của điêzen sinh học gốc (B100)

Tên chỉ tiêu Mức Phương pháp thử

1. Hàm lượng este, % khốilượng

min 96,5 EN 14103

2. Khối lượng riêng tại 15 oC,kg/m

3

860 - 900 TCVN 6594 (ASTM D1298)

3. Điểm chớp cháy (cốc kín), oC min 130,0 TCVN 2693 (ASTM D

93)

4. Nước và cặn, % thể tích max 0,050 TCVN 7757 (ASTM D

2709 )

5. Độ nhớt động học tại 40 oC,

mm2/s

1,9 – 6,0A TCVN 3171 (ASTM D

445)

6. Tro sulphát, % khối lượng max 0,020 TCVN 2689 (ASTM D

874)

7. Lưu huỳnhB, % khối lượng(ppm)

max 0,05 (500) ASTM D 5453/

TCVN 6701 (ASTM D

2622)

8. Ăn mòn đồng, loại No1 TCVN 2694 (ASTM D

130)

9. Trị số xêtan min 47 TCVN 7630 (ASTM D

613)

10. Điểm vẩn đục, oC Báo cáoC

ASTM D 2500

11. Cặn cácbonD, % khối lượng max 0,050 ASTM D 4530





Phụ lục


12. Trị số axit, mg KOH/g max 0,50 TCVN 6325 (ASTM D

664)

13. Chỉ số iốt, g iốt/100 g max 120 EN 14111/

TCVN 6122 (ISO 3961)

14. Độ ổn định ôxy hoá, tại 110oC, giờ

min 6 EN 14112

15. Glycerin tự do, % khốilượng

max 0,020 ASTM D 6584

16. Glycerin tổng, % khối lượng max 0,240 ASTM D 6584

17. Phospho, % khối lượng max 0,001 ASTM D 4951

18. Nhiệt độ cất, 90 % thu hồi,oC

max 360 ASTM D 1160

19. Na và Ka, mg/kg max 5,0 EN 14108 và EN14109

20. Ngoại quan Không có nướctự do, cặn và

tạp chất lơ lửng

Quan sát bằng mắtthường

(*):Quy chuẩn quốc gia về điêzen sinh học gốc (B100).





Phụ lục

PHỤ LỤC 3

Kết quả phân tích mẫu biodiesel qua hấp phụ bằng magnesium silicate tổng hợp

từ hóa chất công nghiệp


nghiên cứu ứng dụng chất hấp phụ rắn trong tinh chế biodiesel

Documents