TỔNG HỢP DIESEL SINH HỌC TỪ BÃ CÀ PHÊ

Mục tiêu của nghiên cứu này là đánh giá tiềm năng tận dụng bã cà phê làm nguyên liệutổng hợp diesel sinh học. Để đạt được mục đích này, quá trình hai giai đoạn gồm este hóaxúc tác acid và sau đó là transester xúc tác base, đã được thực hiện để tổng hợp dieselsinh học từ dầu cà phê có chỉ số acid cao (IA = 21,19 mgKOH/g). Những thông số chophản ứng transester hóa như tỉ lệ mol methanol/dầu, hàm lượng xúc tác và nhiệt độ phảnứng đã được tối ưu hóa. Hiệu suất phản ứng điều chế...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
TỔNG HỢP DIESEL SINH HỌC TỪ BÃ CÀ PHÊTạp chí Khoa học 2011:20b 248-255 Trường Đại học Cần Thơ TỔNG HỢP DIESEL SINH HỌC TỪ BÃ CÀ PHÊ Nguyễn Văn Đạt, Bùi Thị Bửu Huê, Đỗ Võ Anh Khoa, Lê Thị Bạch, Ngô Kim Liên, Phạm Bé Nhị, Hà Thị Kim Quy và Hoàng Thị Mai Lan1 ABSTRACTObjective of the current work is to study the potential of utilizing waste coffee ground as afeedstock to produce biodiesel. For this purpose, acid-catalyzed pretreatment of highlyacidic coffee oil (IA = 21.19 mgKOH/g) followed by a standard transesterificationprocedure with methanol and potassium methoxide as a catalyst was used to producecoffee oil methyl esters. The transesterification reaction parameters such as methanol tooil molar ratio, catalyst concentration, temperature and time have been investigated. Theoptimized yield was found to be 74.5%. The quality of the produced biodiesel wasevaluated by the determinations of important properties such as density, kinematicviscosity, acid value, iodine value, fatty acid composition and the oxidation stability. Theresults showed that the produced biodiesel exhibited fuel properties within the limitsprescribed by the latest American Standards for Testing Material (ASTM), Europeanstandards (EN) and Japanese Industrial Standard (JIS). These obtained resultsdemonstrated the potential of waste coffee ground as an excellent feedstock for biodieselproduction.Keywords: biodiesel, coffee oil, oxidation stabilityTitle: Biodiesel from waste coffee ground TÓM TẮTMục tiêu của nghiên cứu này là đánh giá tiềm năng tận dụng bã cà phê làm nguyên liệutổng hợp diesel sinh học. Để đạt được mục đích này, quá trình hai giai đoạn gồm este hóaxúc tác acid và sau đó là transester xúc tác base, đã được thực hiện để tổng hợp dieselsinh học từ dầu cà phê có chỉ số acid cao (IA = 21,19 mgKOH/g). Những thông số chophản ứng transester hóa như tỉ lệ mol methanol/dầu, hàm lượng xúc tác và nhiệt độ phảnứng đã được tối ưu hóa. Hiệu suất phản ứng điều chế biodiesel dưới những điều kiện tốiưu này là 74,5%. Chất lượng của diesel sinh học tổng hợp được được đánh giá thông quaviệc xác định những thông số quan trọng như tỷ trọng, độ nhớt động học, chỉ số acid, chỉsố iod, thành phần acid béo và độ bền oxi hóa. Kết quả cho thấy, diesel sinh học tổng hợpđược thỏa mãn các tiêu chuẩn chất lượng của Mỹ (ASTM), Châu Âu (EN) và Nhật Bản(JIS). Những kết quả này cho thấy rằng bã cà phê là nguồn nguyên liệu đầy tiềm năng đểsản xuất diesel sinh học.Từ khóa: diesel sinh học, dầu cà phê, độ bền oxi hóa1 ĐẶT VẤN ĐỀBiodiesel hay diesel sinh học là thuật ngữ dùng để chỉ loại nhiên liệu dùng chođộng cơ diesel được sản xuất từ dầu thực vật hay mỡ động vật. Thành phần chínhcủa biodiesel là các alkyl ester, thông dụng nhất là methyl ester. Trong những nămgần đây, có rất nhiều nước trên thế giới nghiên cứu, sử dụng và phát triển sản xuấtbiodiesel để góp phần giải quyết an ninh năng lượng, thay thế nguồn nhiên liệu hóathạch đang cạn dần, góp phần đa dạng hóa và tạo ra nguồn năng lượng sạch làm1 Khoa KHTN, Trường Đại học Cần Thơ248Tạp chí Khoa học 2011:20b 248-255 Trường Đại học Cần Thơgiảm ô nhiễm môi trường. Nhiều phương pháp điều chế biodiesel từ dầu mỡ độngthực vật đã được đưa ra như: sấy nóng, pha loãng, cracking, nhũ tương hóa,transester hóa,... trong số đó thông dụng nhất là phản ứng transester hóa do quátrình phản ứng tương đối đơn giản và tạo ra sản phẩm ester có tính chất hóa lý gầngiống nhiên liệu diesel. Hơn nữa, các este có thể được đốt cháy trực tiếp trongbuồng đốt của động cơ và khả năng hình thành cặn thấp. Phản ứng transester hóalà phản ứng giữa triglyceride (thành phần chính trong dầu thực vật hay mỡ độngvật) và alcohol (Hình 1). Sự hiện diện của xúc tác (acid, base,...) sẽ thúc đẩy quátrình phản ứng. Để đạt hệ số chuyển đổi cao phải dùng lượng dư alcohol do phảnứng transester hóa là quá trình thuận nghịch (Demirbas, Ayhan, 2009). H2C OCOR1 R1COOCH3 H2C OH KOH R2COOCH3 HC OCOR2 + 3CH3OH + HC OH H2C OCOR3 R3COOCH3 H2C OH Triglyceride Methanol Biodiesel Glycerin Hình 1: Phản ứng transester hóa tổng hợp biodieselMột trong những bất lợi lớn nhất của việc dùng biodiesel là tính bền oxi hóa củaloại nhiên liệu này kém hơn nhiều so với dầu diesel. Chúng rất nhạy đối với cáctác nhân oxi hóa như: không khí, ánh sáng, nhiệt độ, vết kim loại,... do bản chấtbiodiesel là những este của những acid béo, trong đó, acid béo chưa no chiếm đasố, chúng dễ bị tác động bởi những tác nhân oxi hóa để hình thành gốc tự do vàtiếp đến là hình thành các peroxide, aldehyde và cuối cùng acid (chủ yếu là nhữngacid mạch ngắn). Việc hình thành các acid này là nguyên nhân chính gây ra nhữngtác động ăn mòn động cơ (Dunn Robert O, 2008).Theo nghiên cứu được thực hiện năm 2005, có khoảng 75% quốc gia sản xuất càphê trên thế giới, trong đó Việt Nam được xếp hàng thứ hai về lĩnh vực này chỉ sauBrazil (D. D’haeze, J. Deckers, D. Raes, T.A. Phong, H.V. Loi, 2005). Ở ViệtNam, hàng ngày, một lượng lớn bã cà phê từ các gia đình, nhà hàng, quán càphê,... thải ra môi trường và có rất ít công trình nghiên cứu để tận dụng nguồn sinhkhối rất dồi dào này. Việc nghiên cứu tận dụng nguồn dầu béo từ bã cà phê khôngnhững góp phần phát triển kinh tế mà còn góp phần bảo đảm an ninh năng lượng,bảo vệ môi trường.Trong công trình này các kết quả nghiên cứu tổng hợp dầu diesel sinh học từ dầubã cà phê (CBDF) ở quy mô phòng thí nghiệm bằng phương pháp hai giai đoạn: ...