Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật hóa học: Nghiên cứu chiết tách và chuyển hóa sinh khối vi tảo họ botryococcus thành nhiên liệu sinh học biodiesel theo phương pháp hai giai đoạn trên xúc tác dị thể

Mục tiêu của đề tài là tìm ra phương pháp chiết tách dầu từ vi tảo với hiệu quả cao, tổng hợp xúc tác axit rắn và bazơ rắn có hoạt tính cao, có khả năng tái sử dụng nhiều lần để chuyển hóa dầu vi tảo thành biodiesel.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật hóa học: Nghiên cứu chiết tách và chuyển hóa sinh khối vi tảo họ botryococcus thành nhiên liệu sinh học biodiesel theo phương pháp hai giai đoạn trên xúc tác dị thể BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN TRUNG THÀNH NGHIÊN CỨU CHIẾT TÁCH VÀ CHUYỂN HÓA SINH KHỐI VI TẢO HỌ BOTRYOCOCCUS THÀNHNHIÊN LIỆU SINH HỌC BIODIESEL THEO PHƯƠNG PHÁP HAI GIAI ĐOẠN TRÊN XÚC TÁC DỊ THỂ Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học Mã số: 62520301 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC Hà Nội – 2016 Công trình được hoàn thành tại: Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: 1. GS.TS. Đinh Thị Ngọ 2. PGS.TS. Lê Quang Diễn Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3:Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩcấp Trường họp tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi .........giờ, ngày ……tháng ……năm……..Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: 1. Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội 2. Thư viện Quốc gia Việt Nam A. GIỚI THIỆU LUẬN ÁN1. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu Tìm nguồn năng lượng mới để thay thế năng lượng dầu mỏ,ít phát thải khí CO2, không gây hại môi trường, là việc làm rấtcấp bách hiện nay. Vi tảo là nguồn nguyên liệu thay thế, thân thiện với môitrường để sản xuất nhiên liệu sinh học như etanol sinh học vàdiesel sinh học. Việc dùng tảo để sản xuất nhiên liệu sinh họcthay thế dầu mỏ giống như một mũi tên bắn trúng hai đích: vừatạo ra năng lượng vừa làm sạch môi trường. Mỗi tế bào tảo l àmột nhà máy sinh học nhỏ, sử dụng quá trình quang hợp đểchuyển hóa CO2 và ánh sáng mặt trời thành năng lượng dự trữtrong tế bào và tạo ra các sản phẩm thứ cấp có giá trị cao. Trêncùng một đơn vị diện tích, lượng dầu mà tảo tạo ra nhiều gấp 15đến 300 lần lượng dầu từ các cây lấy dầu truyền thống. Đồngthời tảo có thể tăng khả năng sản xuất dầu bằng cách bổ sungkhí CO2 trong quá trình nuôi trồng chúng hoặc sử dụng các môitrường giàu chất hữu cơ (như nước thải) để nuôi trồng. Điều nàyvừa tạo ra nhiên liệu sinh học, vừa làm giảm lượng CO2 cũngnhư làm sạch môi trường. Bản chất của quá trình sản xuất biodiesel từ dầu mỡ độngthực vật là phản ứng trao đổi este, phản ứng este hóa tạo ra alkyleste có sử dụng xúc tác với tác nhân rượu đơn chức. Xúc tácđóng vai trò rất quan trọng trong quá trình trên. Để đạt được hiệuquả kinh tế của quá trình sản xuất biodiesel bằng phản ứng traođổi este, cần tạo ra các loại xúc tác dị thể có hoạt tính xúc táccao, có khả năng tái sử dụng nhiều lần và sử dụng được với cácloại nguyên liệu dầu mỡ rẻ tiền. Chính vì vậy, mục tiêu của đề tài là tìm ra phương pháp chiếttách dầu từ vi tảo với hiệu quả cao, tổng hợp xúc tác axit rắn vàbazơ rắn có hoạt tính cao, có khả năng tái sử dụng nhiều lần đểchuyển hóa dầu vi tảo thành biodiesel.2. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của luận án 1 - Tổng hợp và đặc trưng xúc tác axit dị thể SO42-/ZrO2 vớichất mang zirconi dioxit dạng tứ diện. - Tổng hợp và đặc trưng xúc tác bazơ dị thể Ca(NO3)2/SiO2,với pha hoạt tính CaO tạo cấu trúc đơn lớp tinh thể trên chấtmang. - Nghiên cứu tìm ra hệ dung môi chiết tách dầu từ sinh khốivi tảo khô họ Botryococcus sp. Xác định thành phần hóa học,tính chất của sản phẩm dầu thu được. - Chuyển hóa dầu vi tảo họ Botryococcus sp thành nhiên liệusinh học biodiesel bằng phương pháp hai giai đoạn trên hệ xúctác tổng hợp được. Xác định các tính chất của sản phẩm thu được3. Những đóng góp mới của luận án - Chế tạo được xúc tác dị thể siêu axit rắn SO42-/ZrO2 với chấtmang ZrO2 dạng tứ diện giúp tối ưu hóa độ axit của xúc tác, sốtâm axit mạnh trong 1 gam xúc tác là 30,91x1019. - Chế tạo được xúc tác CaO/SiO2 với hàm lượng pha hoạttính CaO là 13,61%. Pha hoạt tính CaO tạo thành một lớp đơntinh thể trên bề mặt chất mang, đặc điểm này giúp xúc tác có độbền cơ học cao, độ dị thể cao, tính bazơ cao và diện tích bề mặtriêng tốt. - Tìm ra các điều kiện trích ly dầu từ sinh khối vi tảo khô họBotryococcus sp. như sau: hệ dung môi hexan/etanol với tỉ lệhexan/etanol 2/1, tỉ lệ ml dung môi/g vi tảo 4/1, nhiệt độ chiếttách 60oC, thời gian chiết tách 18 giờ, tốc độ khuấy 400vòng/phút. Tổng lượng dầu thu được bằng 37,37% trọng lượngvi tảo khô, trong dầu trích ly được có 39,02% là n-heptandecanlà hydrocacbon nằm trong phân đoạn diesel. - Tìm được các điều kiện êm dịu để chuyển hóa dầu vi tảo cóchỉ số axit cao thành biodiesel bằng phương pháp hai giai đoạnsử dụng hệ xúc tác dị thể axit rắn SO42-/ZrO2 và bazơ rắnCaO/SiO2. Giai đoạn 1 sử dụng xúc tác SO42-/ZrO2 với cácthông số công nghệ nhiệt độ phản ứng 60oC, thời gian phản ứng5 giờ, tốc độ khuấy trộn 500 vòng/phút, tỷ lệ thể tích ...