Nghiên cứu chế tạo hệ xúc tác axit rắn La,Zn/γ-Al2O3 để điều chế biodiesel từ mỡ bò đã qua sử dụng có chỉ số axit tự do cao

Trong nghiên cứu này chế tạo hệ xúc tác La,Zn/γ-Al2O3 có mao quản trung bình, diện tích bề mặt lớn, tâm axit mạnh, tâm bazơ mạnh. Hệ xúc tácđẩy nhanh phản ứng metyl este chéo hóa mỡ bò (chỉ số axit là 5,3) để điều chế biodiesel.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu chế tạo hệ xúc tác axit rắn La,Zn/γ-Al2O3 để điều chế biodiesel từ mỡ bò đã qua sử dụng có chỉ số axit tự do caoTạp chí phân tích Hóa, Lý và Sinh học - Tập 19, Số 3/2014NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO HỆ XÚC TÁC AXIT RẮN La,Zn/γ-Al2O3 ĐỂ ĐIỀU CHẾBIODIESEL TỪ MỠ BÒ ĐÃ QUA SỬ DỤNG CÓ CHỈ SỐ AXIT TỰ DO CAOĐến tòa soạn 30 - 12 – 2013Trần Thị Như Mai, Lưu Văn BắcTrường Đại học Khoa học Tự nhiên- ĐHQGHNNgô Minh Đức, Nguyễn Bá TrungTrường Đại học Sư phạm – ĐH Đà NẵngSUMMARYFABRICATION OF SOLID ACID CATALYST La,Zn/-Al2O3 FOR THEPREPARATION OF BIODIESEL FROM USED BEEF TALLOW WITH HIGHFREE FATTY ACIDThe catalytic system La,Zn/γ-Al2O3 was synthesized, and then physically characterized byXRD, TPD- NH3, BET, EDX methods. As seen from results of physical characterization,the synthesized La,Zn/-Al2O3 material owns large surface area of 185.93 m2/g, meancapillary diameter of 13.76 nm, and capillary volume of 0.83 cm³/g. The presence of La,Zn creates strong acid sites on the catalyst surface, corresponding to the NH 3 desorptiontemperature at 519.60C. The transesterification, catalyzed by the above synthesizedLa,Zn/γ-Al2O3,of methanol with beef tallow at the volumratio of methanol to fat of 4:1wascarried out at 65 0C for 8 hours, reaction efficiency was 99%.Key words: Biodiesel; γ-Al2O3; transesterification;mesoporous material; solid acid catalysts1. MỞ ĐẦUNhiên liệu sinh học, trong đó cóbiodiesel được sản xuất từ nguồn dầuthực vật phi thực phẩm và mỡ động vậtphế thải thông qua phản ứng estechéohóa có thể được xem là con đườnghướng tới mục tiêu tạo ra nguồn nhiênliệu tái sinh nhanh nhất và là xu thế tấtyếu trong tương lai gần [1-4]. Một trongnhững mấu chốt quan trọng của phản8ứng este chéo hóa dầu mỡ động thực vậtlà việc lựa chọn xúc tác có độ chọn lọccao để thúc đẩy nhanh tốc độ phản ứng.Các chất xúc tác axit đồng thể như HCl,H2SO4… có thể thực hiện được đối vớidầu, mỡ có chỉ số axit cao. Tuy nhiên,xúc tác axit đồng thể khó thực hiện vàhiệu quả kinh tế không cao do nó gây ănmòn thiết bị và khó tách ra khỏi sảnphẩm sau phản ứng [4,8,9]. Các chất xúctác bazơ đồng thể như NaOH, KOH,Ca(OH)2, RONa…có khả năng làm tốcđộ phản ứng tăng nhanh nhưng chúngkhó thực hiện được vì sản phẩm cuốicùng khó tách loại chất xúc tác, rất dễxảy ra phản ứng xà phòng hóa. Trongnhững năm 2006-2007 có một số cơ sởsản xuất nhiên liệu biodiesel trong nước(Sóc Trăng, Minh Tú, Agifisf An Giang,Vàm Cỏ...) sử dụng xúc tác kiềm để sảnxuất nhiên liệu biodiesel. Biodiesel củacác cơ sở này không đạt B100 [1]. Đócũng là lí do năm 2007, Bộ Khoa học vàCông nghệ đã đưa ra thực hiện đề tài―Đánh giá hiện trạng công nghệ sản xuấtvà thử nghiệm nhiên liệu sinh học từ mỡcá nhằm góp phần xây dựng tiêu chuẩnViệt Nam về biodiesel ở Việt Nam‖. Kếtquả của đề tài là đưa ra hướng giải quyếttrên cơ sở công nghệ hiện có được thựchiện qua 2 giai đoạn, đưa thêm bước tiềnxử lý nguyên liệu đầu vào khi hàmlượng axit béo tự do  3%, tức là phảiđiều chỉnh công nghệ, phải tiến hànheste hóa các axit béo tự do sử dụng axitH2SO4, sau đó mới thực hiện trên xúctác kiềm đồng thể để tránh quá trình xàphòng hóa [1]. Mặt khác, trong các côngnghệ của thế giới sử dụng xúc tác kiềmdễ tan, để loại bỏ hoàn toàn kim loạikiềm phải có quá trình tinh chế bằngnhựa trao đổi ion [1,5,9]. Hiện nay, sửdụng xúc tác rắn dị thể trong công nghệhoá học là xu thế chung của thế giới donhiều ưu điểm mà hệ xúc tác này manglại như: độ bền cơ và bền nhiệt cao,không phân hủy, không ăn mòn thiết bị,quá trình thực hiện liên tục và đặc biệtkhông gây ô nhiễm môi trường. Xúc tácaxit rắn được quan tâm nhiều đó là hệxúc tác axit dị đa HnXM12O40, trong đóX = P, Si; M = Mo, W và các đa oxitkim loại chuyển tiếp pha tạp bằng phikim như ZrO2, TiO2, WO3 nhằm cải biếnlực axit [3,4,9]. Các hệ xúc tác này đượcđánh giá có hoạt tính cao, khả năng chịunước tốt, có khả năng tái sử dụng vàthân thiện với môi trường, đặc biệt cókhả năng thực hiện với nguyên liệu làdầu, mỡ có hàm lượng axit béo tự docao, tuy nhiên hiện nay các xúc tác nàyrất đắt, khó thương mại hóa.Một trongnhững vấn đề lớn liên quan đến xúc tácdị thể là sự hình thành ba pha giữa xúctác với ancol và dầu dẫn tới những giớihạn khuếch tán, do đó làm giảm tốc độphản ứng [1-4]. Phương án để thúc đẩycác quá trình chuyển khối liên quan tớixúc tác dị thể là sử dụng các chất hoạthóa cấu trúc (structure promoter) hoặccác xúc tác phân tán trên chất mang đểcó thể tạo ra diện tích bề mặt riêng lớnhơn và nhiều mao quản hơn, thúc đẩykhả năng thu hút hay tập trung chất phảnứng là các phân tử triglyxerit có kíchthước lớn trong các mao quản chứa cáctâm xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng.Trong nghiên cứu này chế tạo hệxúc tác La,Zn/γ-Al2O3 có mao quảntrung bình, diện tích bề mặt lớn, tâm axitmạnh, tâm bazơ mạnh. Hệ xúc tácđẩynhanh phản ứng metyl este chéo hóa mỡbò (chỉ số axit là 5,3) để điều chếbiodiesel. Mỡ bò có ưu điểm là thành9phần ...