Sử dụng nguồn phế thải nông nghiệp để tổng hợp vật liệu nano silic và nano cacbon làm xúc tác cho quá trình chuyển hóa cặn dầu thực vật thành nhiên liệu sinh học và làm chất hấp phụ để sản xuất etanol tuyệt đối

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
VIỆN HỐ HỌC

ĐỀ TÀI KHOA HỌC CƠNG NGHỆ CẤP NHÀ NƯỚC
(Thuộc nghị định thư với Vương Quốc Bỉ)

BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI

SỬ DỤNG NGUỒN PHẾ THẢI NÔNG NGHIỆP ĐỂ TỔNG HỢP VẬT LIỆU
NANO SILIC VÀ NANO CACBON LÀM XÚC TÁC CHO Q TRÌNH
CHUYỂN HỐ CẶN DẦU THỰC VẬT THÀNH NHIÊN LIỆU SINH HỌC
VÀ LÀM CHẤT HẤP PHỤ ĐỂ SẢN XUẤT ETANOL TUYỆT ĐỐI
(Rebirth of wasted agro-matters: New silica and carbon based nanomaterials
prepared from rice husk as catalysts for the conversion of vegetable oil sludge to
green fuels and as adsorbent for the concentration of alcohols)
Cơ quan chủ trì đề tài:

Viện hóa học , Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam

Chủ nhiệm đề tài:

PGS.TS. Lê Thị Hoài Nam

7754
02/3/2010
Hà Nội, 2010

8

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
VIỆN HỐ HỌC

ĐỀ TÀI KHOA HỌC CƠNG NGHỆ CẤP NHÀ NƯỚC
(Thuộc nghị định thư với Vương Quốc Bỉ)
BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI

Sử dụng nguồn phế thải nông nghiệp để tổng hợp vật liệu nano silic và nano cacbon
làm xúc tác cho q trình chuyển hố cặn dầu thực vật thành nhiên liệu sinh học
và làm chất hấp phụ để sản xuất etanol tuyệt đối

Rebirth of wasted agro-matters: New silica and carbon based nanomaterials
prepared from rice husk as catalysts for the conversion of vegetable oil sludge to
green fuels and as adsorbent for the concentration of alcohols

Chủ nhiệm đề tài:

Viện Khoa học và Cơng nghệ Việt Nam
Viện hóa học

PGS.TS. Lê Thị Hồi Nam

PGS. TS Nguyễn Văn Tuyến
Bộ Khoa học Công nghệ

Hà Nội, 2010
9

DANH SÁCH NHỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
TT

Họ và tên

Nơi cơng tác

1

PGS.TS. Lê Thị Hồi Nam
(Chủ nhiệm Đề tài)

Viện Hố học

2

TS. Nguyễn Đình Tuyến

Viện Hố học

3

TS. Văn Đình Sơn Thọ
(Thư ký đề tài)

4

TS. Vũ Anh Tuấn

Viện Hoá học

5

ThS. Đỗ Xuân Đồng

Viện Hoá học

6

CN. Lê Thị Kim Lan

Viện Hoá học

7

KS. Trần Quang Vinh

Viện Hoá học

8

KS. Nguyễn Thị Thanh
Loan

Viện Hoá học

9

ThS. Nguyễn Thế Anh

Nghiên cứu sinh tại Viện Hoá
học

10

KS. Lê Quang Du

Viện Hố học

11

TS.Hồng Vĩnh Thăng

Viện Hố học

12

ThS. Bùi Tiến Dũng

Viện Hố học

13

ThS. Đỗ Trung Sỹ

Viện Hoá học

14

KS. Trịnh Tuấn Khanh

Viện Hoá học

15

KS. Hồng Ngọc Dũng

Viện Hố học

16

ThS. Nguyễn Anh Vũ

Khoa Hố - Đại học Bách Khoa
Hà Nội

17

KS.Trương Dực Đức

Khoa Hoá - Đại học Bách khoa
Hà Nội

18

KS.Cao Thái Thanh Tuấn

19

KS.Trần Xuân Hoà

20

KS.Phạm Thị Nụ

21

ThS. Nguyễn Ngọc Trìu

Cao học tại Viện Hố học

22

KS.Nguyễn Trung Hiếu

Đại học Dân lập Hải Phịng

23

Ngơ Thị Vân

Viện Hố học

24

Dương Thị Tuyền

Viện Hố học

25

KS.Đỗ Mạnh Hùng

Viện Hố học Cơng nghiệp

Khoa Hoá - Đại học Bách Khoa
Hà Nội

Đại học Bách Khoa Hà Nội
Đại học Mỏ Địa chất
Đại học Dân lập Hải Phòng

10

Chữ ký


Lời cám ơn
Đề tài này được hoàn thành với sự tài trợ của Bộ Khoa học và Công
nghệ Việt Nam theo dự án nghị định thư với Vương Quốc Bỉ.
Tập thể cán bộ khoa học thực hiện đề tài xin bày tỏ sự cám ơn chân
thành tới Bộ Khoa học và Công nghệ, Viện Khoa học và Công nghệ Việt
Nam, Viện Hố học, Khoa Hóa Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Phịng
thí nghiệm trọng điểm Lọc Hóa dầu - Viện Hóa học Cơng nghiệp Việt Nam
và tất cả cán bộ, cơ quan chức năng đã giúp đỡ tạo mọi điều kiện cần thiết để
đề tài được tiến hành một cách thuận lợi và kết quả.
Tập thể cán bộ khoa học thực hiện đề tài xin gửi lời cám ơn tới Văn
phịng Chính sách khoa học Vương Quốc Bỉ (BELSPO), GS.Bao-lian Su

Trưởng Phịng thí nghiệm Hố học vật liệu vơ cơ, Trường Đại học Notre
Dame, Namur cùng các cộng sự của Ơng đã phối hợp chặt chẽ cùng với phía
Việt Nam để hoàn thành tốt các nhiệm vụ đặt ra của Đề tài.

Chủ nhiệm đề tài

PGS. TS. Lê Thị Hoài Nam

11


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT ....................................................................... 1
LỜI MỞ ĐẦU ................................................................................................................... 2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU..................................................................................4

1.1. Tổng quan về vật liệu phế thải vỏ trấu các vùng đặc trưng ở Việt Nam đánh giá
thành phần, tính chất ....................................................................................................... 4
1.2. Các phương pháp tách chiết silíc và cacbon từ vỏ trấu............................................ 5
1.2.1. Tách chiết silíc .............................................................................................. 5
1.2.2. Tách chiết cacbon.......................................................................................... 6
1.3. Hiện trạng dầu thực vật và phế thải cặn dầu thực vật: trữ lượng, tính chất ở Việt
Nam ................................................................................................................................ .8
1.3.1. Cây thực vật ................................................................................................. 8
1.3.2. Thành phần hóa học của dầu thực vật........................................................ 10
1.3.3. Q trình sản xuất dầu thực vật.................................................................. 11
1.4. Tổng quan về quá trình cracking nhiệt và cracking xúc tác dầu thực vật tạo
nhiên liệu sinh học ........................................................................................................ 14
1.4.1. Nguyên liệu dầu thực vật .......................................................................... 16
1.4.2. Cracking nhiệt dầu thực vật ....................................................................... 17

1.4.3. Cracking xúc tác dầu thực vật.................................................................... 24
1.5. Tổng quan về tình hình sản xuất và sử dụng cồn tuyệt đối trên thể giới và Việt
Nam, các phương pháp chế tạo cồn tuyệt đối và phương pháp sử dụng chất hấp phụ
chọn lọc cho quá trình phân tách hệ etanol-nước ......................................................... 25
1.5.1 Tình hình sản xuất và sử dụng cồn tuyệt đối trên thế giới và ở Việt Nam . 27
1.5.2. Các phương pháp sản xuất cồn tuyệt đối ................................................... 34
1.5.3. Phương pháp sử dụng chất hấp phụ chọn lọc zeolite 3A........................... 41
CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐẶC TRƯNG ......................................................... 51

2.1. Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại (IR) ............................................................ 51
2.2. Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (XRD) ................................................................ 52
2.3. Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ- khử hấp phụ Nitơ. ........................................... 53
2.4. Phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân rắn (MAS - NMR) .................................... 55
2.5. Phương pháp hiển vi điện tử quét SEM ................................................................ 57
2.6. Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM) .................................................... 57
12


2.7. Phương pháp thử hoạt tính xúc tác......................................................................... 58
2.7.1. Phương pháp thử hoạt tính xúc tác trên hệ vi dịng ................................... 58
2.7.2. Phương pháp thử hoạt tính xúc tác trên hệ MAT5000............................... 59
2.8. Phương pháp phân tích chất sản phẩm................................................................... 62
2.8.1. Phương pháp sắc ký khối phổ (GC/MS) .................................................... 62
2.8.2. Phương pháp sắc ký khí .............................................................. ...............63
CHƯƠNG 3: TỔNG HỢP VẬT LIỆU........... ............................................................... 68

3.1. Tổng hợp zeolit ZSM-5.......................................................................................... 68
3.2. Tổng hợp vật liệu ‘Nano – Meso ZSM-5’.......................... ................................... 69
3.3. Tổng hợp zeolit Y .................................................................................................. 70
3.4. Tổng hợp vật liệu ‘Nano – Meso Y’ ...................................................................... 71

3.5. Tổng hợp vật liệu Nanocacbon .............................................................................. 72
CHƯƠNG 4. CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU .............................................................. 74

4.1. Các kết quả thực nghiệm tách chiết silic từ vỏ trấu ............................................... 73
4.1.1. Các kết quả thu được bằng phương pháp nhiệt phân................................. 73
4.1.2. Kết quả thu được bằng phương pháp chiết silic trong dung dịch NaOH... 75
4.2. Tổng hợp và đặc trưng zeolit A từ nguồn silic vỏ trấu .......................................... 76
4.2.1. Tổng hợp vật liệu ....................................................................................... 76
4.2.2. Đặc trưng vật liệu zeolit A tổng hợp được từ nguồn silic vỏ trấu ............. 77
4.2.3. Kết luận ..................................................................................................... .81
4.3.Tổng hợp và đặc trưng zeolit Y từ nguồn silic vỏ trấu .......................................... 81
4.3.1. Tổng hợp vật liệu HY ................................................................................ 81
4.3.2. Đặc trưng vật liệu zeolit Y tổng hợp được từ nguồn silic vỏ trấu ............. 82
4.3.3. Kết luận ...................................................................................................... 85
4.4. Tổng hợp và đặc trưng zeolit ZSM-5 từ nguồn silic vỏ trấu ................................. 85
4.4.1. Tổng hợp vật liệu HZSM-5........................................................................ 85
4.4.2. Đặc trưng vật liệu zeolit ZSM-5 tổng hợp được từ nguồn silic vỏ trấu..... 86
4.4.3. Kết luận ...................................................................................................... 91
4.5. Tổng hợp và đặc trưng vật liệuNano-meso Y từ nguồn silic vỏ trấu.................... 91
4.5.1. Tổng hợp vật liệu Nano-meso Y................................................................. 91
4.5.2. Đặc trưng vật liệu Nano-Meso Y tổng hợp được từ nguồn silic vỏ trấu ... 92
4.5.3. Kết luận....................................................................................................... 95
13


4.6. Tổng hợp và đặc trưng vật liệu Nano-meso ZSM-5 .............................................. 96
4.6.1. Tổng hợp vật liệu NM-ZSM-5.................................................................... 96
4.6.2. Đặc trưng vật liệu NM-ZSM-5 tổng hợp được từ nguồn silic vỏ trấu ...... 96
4.6.3. Kết luận..................................................................................................... 102
4.7. Tổng hợp và đặc trưng vật liệu Nano Silic – Cacbon .......................................... 102

4.7.1. Tổng hợp vật liệu Nano Silic – Cacbon.................................................... 102
4.7.2. Đặc trưng vật liệu Nano Silic – Cacbon tổng hợp được từ vỏ trấu ......... 103
4.73. Kết luận...................................................................................................... 107
CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH CRACKING XÚC TÁC ........ 108

5.1. Phân tích thành phần cặn dầu thực vật................................................................. 109
5.2. Đánh giá hoạt tính xúc tác.................................................................................... 109
5.2.1. Hoạt tính xúc tác trong phản ứng cracking n-Hexan và TIPB ................. 109
5.2.2. Hoạt tính xúc tác trong phản ứng cracking cặn dầu thực vật ................... 109
CHƯƠNG 6. SỬ DỤNG VẬT LIỆU TỔNG HỢP TỪ VỎ TRẤU LÀM CHẤT HẤP
PHỤ CHỌN LỌC ĐỂ SẢN XUẤT ETANOL TUYỆT ĐỐI ........................................ 111

6.1. Thiết kế, lắp đặt sơ đồ thực nghiệm nghiên cứu quá trình hấp phụ và phân tách
nước-etanol (phịng thí nghiệm).................................................................................. 111
6.1.1. Thiết kế hệ ................................................................................................ 111
6.1.2. Quy trình thí nghiệm................................................................................. 118
6.2. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng tới q trình phân tách nước-etanol (phịng
thí nghiệm) .................................................................................................................. 119
6.2.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ hấp phụ tới q trình phân tách nước-etanol
(phịng thí nghiệm).............................................................................................. 119
6.2.2. Ảnh hưởng của loại chất hấp phụ tới quá trình phân tách nước-etanol
(phịng thí nghiệm).............................................................................................. 122
6.2.3. Nghiên cứu q trình hấp phụ sử dụng chất hấp phụ zeolit 3A dạng hạt. 124
6.3. Tính tốn các thơng số cơng nghệ của hệ thống hấp phụ tinh chế etanol quy mô
pilot.............................................................................................................................. 126
6.4. Thiết kế hệ thống tinh chế etanol tuyệt đối bằng phương pháp hấp phụ (quy mơ
pilot) ............................................................................................................................ 132
6.4.1. Tính kích thước tháp hấp phụ ................................................................... 132
14

6.4.2. Tính đường kính ống dẫn hơi ................................................................... 136
6.4.3. Tính kích thước thiết bị hóa hơi cồn......................................................... 136
6.4.4. Tính tốn thiết bị trao đổi nhiệt Nitơ (250C-4000C) ................................. 136
6.4.5. Tính toán thiết bị trao đổi nhiệt Nitơ (250C-1500C) ................................. 137
6.4.6. Thiết bị chứa nguyên liệu đầu................................................................... 137
6.4.7. Thiết bị tách khí-lỏng................................................................................ 137
6.4.8. Thiết bị ngưng tụ....................................................................................... 137
6.4.9. Các loại thiết bị phụ trợ ............................................................................ 138
6.5. Lắp đặt, vận hành, chạy thử và hồn thiện tối ưu các thơng số nhắm đưa ra chế
độ làm việc tốt nhất ..................................................................................................... 141
6.5.1. Quá trình vận hành các thiết bị trong hệ thống...................................... 141
6.5.2. Quá trình hoạt động hệ 2 tháp................................................................ 145
6.5.3. Kết quả ................................................................................................... 147
6.6. Khảo sát khă năng làm việc ổn định của hệ thống theo thời gian và bộ thông số
tối ưu đã thu được ....................................................................................................... 152
6.6.1. Đánh giá khả năng làm việc của chất hấp phụ theo thời gian................ 153
6.6.2. Đánh giá khả năng làm việc của hệ thống ............................................. 154
6.7. Xây dựng quy trình hoạt động hệ thống 3 tháp làm việc liên tục ........................ 155
TỔNG QUÁT HOÁ VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THU ĐƯỢC ............................ 157
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................. 158
LỜI CÁM ƠN............................................................................................................ 159
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 160
PHỤ LUC 1: Kết quả phân tích thành phần sản phẩm lỏng của quá trình nhiệt phân
và cracking xúc tác cặn dầu thực vật
PHỤ LUC 2: Bản thiết kế chi tiết hệ thiết bị tạo etanol tuyệt đối qui mơ pilot năng
suất 100lít/ngày
PHỤ LUC 3: Danh mục các cơng trình đã cơng bố
PHỤ LỤC 4: Danh mục các kết quả đào tạo
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU VÀ HÌNH VẼ

15


Danh mơc viÕt t¾t
SBU
BET

Secondary build unit
Brunauer - Emmett - Teller (tên riêng)

HĐBM

Chất hoạt động bề mặt

HRTEM

Hiển vi điện tử truyền qua phân giải cao
(High-Resolution Transmission Electron Mictroscopy)

IR

Phổ hồng ngoại (Infra- Red Spetroscopy)

IUPAC

International Union of Pure and Applied Chemistry

KIT-1

Vật liệu oxit silic mao quản trung bình cấu trúc lộn xộn

M41S

Họ vật liệu mao quản trung bình do hãng Mobil phát minh

MQTB

Mao quản trung bình

SBA

Santa Barbara Amorphous

SEM

Hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscopy)

XRD

Nhiễu xạ tia X (X-Ray Diffraction)

TEM

Hiển vi điện tử truyền qua (Tranmission Electron Microscopy)

CTMABr

Cetyltrimetylamoniumbromide

TPA-OH

Tetrapropylamonium hydroxyt

TPA-Br

Tetrapropylamonium bromide

GC-TCD

Sắc ký khí detecto dẫn nhiệt

GC-FID

Sắc ký khí detecto ion hố ngọn lửa

NMR

Cộng hưởng từ hạt nhân

16


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1. Đặc trưng thành phần hoá học của nguyên liệu trấu.
Bảng 2. Thành phần hoá học của tro đốt từ trấu
Bảng 3. Thành phần vật liệu cacbon tách chiết bằng dung dịch NaOH
Bảng 4. Thành phần axít béo của các loại dầu thực vật
Bảng 5: Công suất của một số nhà máy tinh luyện dầu ở Việt Nam
Bảng 6. Tính chất chọn lọc của các loại dầu thực vật phổ biến [13-15]

Bảng 7. Độ dịch chuyển hố học của các loại nhóm OH
Bảng 8. Bảng thơng số đầu vào phân tích GC-TCD
Bảng 9. Thành phần hoá học của tro đốt từ trấu
Bảng 10. Thành phần dung dich triết silic trong tro bằng dung dịch kiềm
Bảng 11. Thành phần hoá học của dung dịch chiết.
Bảng 12: Thông số cấu trúc vật liệu Nano-meso Y tổng hợp từ trấu
Bảng 13: Thơng số hình học của vật liệu ‘Nano – Meso ZSM-5’
Bảng 14: Thơng số của q trình điều chế vật liệu ống nanocabon
Bảng 15: Các thông số vật lý của các mẫu xác định bằng phương pháp BET
Bảng16: Thành phần nguyên liệu cặn dầu thực vật
Bảng 17: Thành phần các phân đoạn sản phẩm của quá trình cracking cặn dầu thực
vật trên các xúc tác khác nhau
Bảng 18: Đưa ra số liệu phân tích thành phần phân đoạn khí của q trình cracking
xúc tác cặn dầu thực vật trên các xúc tác khác nhau.
Bảng 19. Các bước tiến hành quá trình hấp phụ tạo cồn tuyệt đối
Bảng 20: Nồng độ cồn trong dung dịch giải hấp và thời gian giải hấp đối với các
loại zeolit khác nhau
Bảng 21. Bộ thơng số tối ưu q trình hấp phụ cồn quy mơ phịng thí nghiệm
Bảng 22. Bộ thơng số ban đầu quá trình hấp phụ tạo cồn tuyệt đối quy mô pilot
Bảng 23. Các thiết bị trong hệ cồn tuyệt đối quy mô pilot
Bảng 24: Các thông số đầu vào hệ cồn
Bảng 25. Các thông số so sánh quá trình hấp phụ trong khoảng thời gian làm việc
240phút.
Bảng 26: Kết quả thực nghiệm quá trình giải hấp
17


Bảng 27: Bộ thông số công nghệ hệ cồn sau khi hồn thiện
Bảng 28. Kết quả các thí nghiệm hấp phụ ở 1150C
Bảng 29: Các chu trình hoạt động của hệ

Bảng 30: Chu trình làm việc liên tục cho hệ 3 tháp

18


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ
Hình 1. Mơ hình 3-D của phân tử triglyceride [38]
Hình 2. Phân hủy triglyceride [59]
Hình 3. Cơ chế phản ứng quá trình nhiệt phân của triglyceride bão hịa [58]
Hình 4. Cơ chế phản ứng quá trình nhiệt phân của triglyceride [59]
Hình 5. Cơ chế phản ứng q trình nhiệt phân của triglyceride bão hịa và chưa
bão hịa [62]
Hình 6. Tình hình sản xuất cồn ở một số nước trên thế giới
Hình 7: Thống kê sản xuất ethanol tại Mỹ đến năm 2007
Hình 8. Nhu cầu etanol ở Brazil
Hình 9. Sự xuất khẩu etanol ở Brazil sang các quốc gia khác
Hình 10. Số lượng các nhà máy sản xuất etanol ở Brazil
Hình 11: Sơ đồ chưng luyện đẳng phí hệ Rượu etylic - nước – benzene
Hình 12: Q trình chưng luyện trích ly sử dụng hai tháp
Hình 13. Tháp chưng phân tử.
Hình 14: Nguyên tắc của phương pháp thẩm thấu qua màng.
Hình 15: Sơ đồ cơng nghệ sản xuất ethanol dùng cơng nghệ màng.
Hình 16: Cấu tạo màng
Hình 17: Sơ đồ cơng nghệ sử dụng kết hợp chưng cất và thẩm thấu qua màng.
Hình 18: Cấu trúc khơng gian tinh thể của Zeolite 3A
Hình 19 :Trạng thái của phân tử H2O khi bị hấp phụ trên Zeolit A (vịng trịn đậm
là cation đối)
Hình 20. Mơ hình các chế độ hấp phụ tĩnh và hấp phụ động quá trình hấp phụ nước
tạo cồn tuyệt đối
Hình 21. Sơ đồ 1

Hình 22a. Sơ đồ 2
Hình 22b. Sơ đồ 3
Hình 23 Sơ đồ tia tới và tia phản xạ trên tinh thể
Hình 24. Các dạng đường đẳng nhiệt hấp phụ-khử hấp phụ theo phân loại IUPAC
Hình 25. Đồ thị biểu diễn sự biến thiên của P/V(P0 - P) theo P/P0
Hình 26. Sơ đồ hệ phản ứng vi dịng.
19


Hình 27: Hệ thống điều khiển hệ MAT 5000.
Hình 28: Phương pháp ion hóa mẫu bằng phương pháp va chạm electron (electron
impact).
Hình 29. Sơ đồ hoạt động máy sắc ký khí
Hình 30: Hệ sắc ký khí phân tích chất lượng cồn
Hình 31. Đường chuẩn phân tích nồng độ cồn
Hình 32: Sơ đồ tổng hợp vật liệu ZSM5
Hình 33: Sơ đồ tổng hợp vật liệu ‘Nano – Meso ZSM5’.
Hình 34: Sơ đồ tổng hợp zeolit Y
Hình 35: Sơ đồ tổng hợp vật liệu ‘Nano – meso Y’
Hình 36: Biểu đồ quan hệ giữa khối lượng tro thu được với thời gian nung.
Hình 37: Sơ đồ tách chiết silic từ trấu bằng dung dịch kiềm
Hình 38. Sự phụ thuộc SiO2/lượng trấu ban đầu vào thời gian và nồng độ dung dịch
NaOH.
Hình 39. Phổ hồng ngoại của zeolit A tổng hợp từ
Hình 40. Phổ XRD của zeolit A tổng hợp từ trấu
Hình 41. Ảnh SEM của zeolit A tổng hợp từ trấu
Hình 42. Ảnh TEM của zeolit A tổng hợp từ trấu
Hình 43. Phổ 27Al-NMR của zeolit A tổng hợp từ trấu
Hình 44: Phổ IR của zeolit Y
Hình 45: Phổ XRD của zeolit HY

Hình 46: Ảnh SEM của zeolit HY
Hình 47: Ảnh TEM của zeolit HY
Hình 48. Phổ 27Al-NMR của zeolit HY
Hình 49: Phổ IR của zeolit ZSM-5
Hình 50: Phổ XRD của zeolit ZSM-5
Hình 51: Ảnh SEM của zeolit HZSM-5
Hình 52: Ảnh TEM của zeolit HZSM-5
Hình 53. Đường đẳng nhiệt hấp phụ- khử hấp phụ N2 của mẫu HZSM-5
Hình 54. Đường phân bố kích thước mao quản của vật liệu
Hình 55. Phổ 27Al-NMR của HZSM-5
Hình 56: Phổ hồng ngoại của vật liệu:
20


Hình 57: Phổ nhiễu xạ tia X của vật liệu Nano-meso Y
Hình 58: Đường hấp phụ - khử hấp phụ N2 của vật liệu NM-Y
Hình 59: Đường phân bố kích thước mao quản của vật liệu NM-Y
Hình 60: Ảnh TEM của vật liệu NM-Y
Hình 61 : Phổ 27Al - NMR của vật liệu ‘Nano – Meso Y’
Hình 62:Phổ hồng ngoại của các mẫu xúc tác ZSM-5 chuẩn và NM-ZSM-5
Hình 63a: Phổ XRD của mẫu NM-ZSM-5 góc lớn
Hình 63b: Phổ XRD của mẫu NM-ZSM-5 góc nhỏ
Hình 64: Đường đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ N2 của vật liệu ‘Nano – Meso
ZSM-5’.
Hình 65: Đường phân bố kích thước mao quản của vật liệu ‘Nano – Meso ZSM-5’.
Hình 66: Ảnh TEM của vật liệu ‘Nano – Meso ZSM-5’.
Hình 67: Ảnh SEM vật liệu ‘Nano – Meso ZSM-5’.
Hình 68: Phổ 27Al – NMR của vật liệu ‘Nano – Meso ZSM-5’
Hình 69: Giản đồ XRD góc nhỏ của các mẫu T2, T3, T5, T4, T1
Hình 70: Đường hấp phụ-khử hấp phụ N2 của các mẫu T2, T3, T5, T4,T1

Hình 71: Đường cong phân bố kích thước mao quản của các mẫu T2, T3, T5, T1

Hình 72: Anh FE-SEM của mẫu T2
Hình 73: Đồ thị biểu diễn độ chuyển hoá n-hexan và TIPB trong phản ứng cracking
trên các xúc tác HY, NM-Y và HZSM-5 và NM-ZSM-5
Hình 74: Độ chuyển hố phản ứng Cracking cặn dầu trên các chất xúc tác khác
nhau
Hình 75: Biều đồ phân bố sản phẩm của quá trình cracking cặn dầu thực vật trên
các xúc tác khác nhau.
Hình 76. Phân bố nhiệt độ sơi hỗn hợp lỏng sau q trình cracking
Hình 77. Sơ đồ nguyên lý hệ thống chế tạo cồn tuyệt đối
Hình 78: Hệ phản ứng áp suất thường
Hình 79: Máy sinh khí Nitơ
Hình 80: Bơm định lượng nhiên liệu
Hình 81: Buồng hóa hơi
Hình 82: Ống phản ứng và lị phản ứng
Hình 83: Bộ phận ngưng tụ sản phẩm
21


Hình 84: Bảng điều khiển
Hình 85. Đường cong C-t ở các giá trị nhiệt độ hấp phụ khác nhau (90-1500C)
Hình 86. Đường cong Vtl-t ở các giá trị nhiệt độ hấp phụ (90-1500C)
Hình 87. Đường cong C-t của quá trình hấp phụ với các loại chất hấp phụ zeolit
3A, 4A và 5A
Hình 88. Biểu đồ thể tích hấp phụ tích lũy nước theo thời gian Vtl-t khi thực hiện
trên các chất hấp phụ zeolit 3A, 4A, và 5A.
Hình 89. Đồ thị C-t đối với chất hấp phụ zeolit 3A hạt
Hình 90. Đồ thị sự thay đổi lượng thể tích nước hấp phụ tích lũy theo thời gian đối
với zeolit 3A hạt

Hình 91. Đồ thị C-t khảo sát ở các nhiệt độ khác nhau
Hình 92. Đồ thị V-t khảo sát ở các nhiệt độ khác nhau

22


LỜI MỞ ĐẦU
Nền công nghiệp trên thế giới ngày càng phát triển, đời sống của con người
ngày càng được nâng cao kéo theo nhu cầu về năng lượng cũng ngày một gia tăng.
Trong khi đó, năng lượng hố thạch nguồn cung cấp năng lượng chủ yếu trên thế
giới đang ngày càng trở nên khan hiếm và đắt đỏ. Cùng với những sức ép về vấn đề
ô nhiễm môi trường đang ngày càng nghiêm trọng là lý do thúc đẩy sự tìm kiếm
một nguồn năng lượng thay thế. Nguồn năng lượng sinh học đang được chú ý rất
nhiều bởi khả năng tái sinh và các lợi ích về mơi trường, kinh tế của nó đem lại.
Bioetanol và biodiezel là nguồn nhiên liệu sạch rất quan trọng để thay thế cho xăng
từ dầu mỏ. Trên thế giới việc dùng bioetanol và biodiezel thay thế xăng cho các
động cơ ô tô hiện đang được áp dụng rộng rãi, đặc biệt là ở các nước như Braxin,
Ấn độ, Đức, Mỹ...
Trong những năm gần đây các cơng trình nghiên cứu chế tạo năng lượng
sinh học từ các phế thải nông nghiệp đang được nhiều nhà khoa học trên thế giới
quan tâm nghiên cứu. Tại Malaysia, các nhà khoa học đã nghiên cứu cracking dầu
cây cọ trên các xúc tác đa mao quản MCM-41, Beta/MCM-41 cho các sản phẩm
chủ yếu: sản phẩm khí 13,4 % (C1- C5), sản phẩm lỏng OLP 57,1% (Gasoline,
Kerosene, Diesel), độ chuyển hoá 87,6. Các nhà khoa học Hà Lan nghiên cứu
craking dầu hạt cải trong điều kiện thực của phản ứng FCC, xúc tác sử dụng là
ZSM-5, kết quả rất khả quan, độ chuyển hoá đạt 93,2% ở 525oC, các sản phẩm chủ
yếu là sản phẩm lỏng OLP (xăng, Kerosen, diesel), sản phẩm khí (hàm lượng thấp).
Ưu điểm nổi bật của phương pháp là các sản phẩm lỏng chứa nhiều các
hydrocarbon vòng thơm, đây là điều rất mong đợi ở các sản phẩm gasoline.
Việt Nam là nước nơng nghiệp, có nguồn ngun liệu dồi dào như mía, ngơ,

khoai, sắn để sản xuất etanol. Ngồi ra, các chất phế thải nơng nghiệp như bã mía,
rơm rạ... cũng là nguồn nguyên liệu để sản xuất etanol. Tuy nhiên để có thể sử dụng
để thay thế xăng dầu, cần phải được tinh chế ở dạng etanol tuyệt đối (nồng độ lớn hơn
99,5%). Để tạo etanol tuyệt đối địi hỏi phải có thiết bị cất đẳng phí, giá thành chi phí
rất cao. Một trong những giải pháp hữu hiệu là dùng chất hấp phụ chọn lọc có khả
năng tách nước cao để tạo etanol nồng độ cao (lớn hơn 99,5%).
Mục tiêu đặt ra của đề tài là hướng tới sử dụng nguồn phế thải nông nghiệp để
tổng hợp vật liệu nano silic và nanocacbon làm xúc tác cho q trình chuyển hố cặn
dầu thực vật thành nhiên liệu sinh học và làm chất hấp phụ để sản xuất etanol tuyệt
đối.
23


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Tổng quan về vật liệu phế thải vỏ trấu các vùng đặc trưng ở Việt Nam
đánh giá thành phần, tính chất
Trên thế giới hiện có hơn 70 quốc gia sản xuất lúa gạo, đặc biệt là các quốc
gia như Việt Nam, Thái Lan, Trung Quốc, Ấn Độ, Braxin… Ở Việt Nam với sản
lượng lương thực trên 30-40 triệu tấn thóc/năm, tương ứng có khoảng 6 – 8 triệu tấn
trấu mỗi năm. Trong số đó, sản lượng trấu thu gom được khoảng 4 - 5 triệu tấn,
phần cịn lại khơng thu gom được bị thải ra ngồi mơi trường. Với các tính chất tự
nhiên như cứng, có xơ và dễ gây trầy khiến các sản phẩm làm từ trấu có ít dinh
dưỡng, độ mịn cao hoặc lượng tro quá nhiều. Cho tới nay chưa có phương án nào
sử dụng hữu hiệu nguồn phế liệu trên trừ làm nhiên liệu đốt thẳng hay sử dụng làm
chất độn cho phân chuồng.
Lượng trấu không được sử dụng hiện nay rất lớn, đặc biệt tại các nhà máy
xay xát gạo. Do ít có giá trị kinh tế, cũng như giá trị sử dụng nên vỏ trấu được coi
như một loại phế thải nông nghiệp, và là một trong những yếu tố gây ơ nhiễm mơi
trường [1].
Tuỳ vào mục đích sử dụng, đặc trưng về vật lý và hoá học được đánh giá

theo nhiều tiêu chí khác nhau. Thành phần hoá học của trấu biến động theo giống
lúa, mùa vụ, đặc trưng canh tác nông nghiệp của từng vùng khác nhau. Qua đánh
giá và theo dõi nhiều năm ở nhiều nước trên thế giới, thành phần hố học của trấu
có đặc trưng được trình bày trong bảng 1. Hàm lượng của các thành phần trong trấu
có biên độ dao động lớn. Số liệu đưa ra trong bảng 1 là số liệu tổng hợp của trên 40
nước trong thời gian từ năm 1871 đến năm 1970 của tổ chức FAO [2].
Bảng 1. Đặc trưng thành phần hoá học của nguyên liệu trấu.
Thành phần
Độ ẩm
Protein thô
Dầu trấu thô (bay hơi)
Dịch chiết không chứa nitơ
Sợi thô
Tro
Pentosan
Cellulose

Khoảng hàm lượng %
2,4 - 11,4
1,7 - 7,4
0,4 - 3,0
24,7 - 38,8
31,7 - 49,9
13,2 - 29,0
16,9 - 22,0
34,3 - 43,8
24


Thành phần khơng tan của tro trong axit

13,7 - 20,8
(Tính theo lượng tro thu được)
Do silic chiếm gần tới 20% khối lượng của trấu nên việc nghiên cứu sử dụng
nguồn silic từ trấu để tổng hợp vật liệu chất lượng cao đã được nhiều nhà khoa học
trên thế giới quan tâm. Lượng silic này được trông đợi là nguồn nguyên liệu tốt của
silicon nguyên chất, silicon carbide và silicon nitride dạng bột [3]... Những năm gần
đây, trên thế giới đã có nhiều cơng trình khoa học được cơng bố như: tổng hợp vật
liệu hấp thụ dầu từ nguồn cacbon trong vỏ trấu [4], tổng hợp vật liệu ZSM5/ lỗ xốp
cacbon composite từ nguồn cacbon đốt vỏ trấu [5], và phần tro bay khi đốt vỏ trấu
[6] … Ngoài ra nguồn Silic có trong vỏ trấu đang rất được quan tâm trong việc
nghiên cứu và ứng dụng trong việc tổng hợp vật liệu mới [7,8,9,10]. Nhiều cơng
trình đã được cơng bố, điển hình như cơng trình nghiên cứu tổng hợp thành cơng
zeolit Y, X, ZSM-5 của nhóm Ramli [11]. Guha và Roy [12] cũng đã tổng hợp
silicgel từ tro trấu, và chúng có giá trị tương đương với silicagel thương phẩm...Ở
Việt Nam đã có một vài cơng trình sản xuất than hoạt tính lấy nguồn nguyên liệu từ
vỏ trấu ứng dụng cho việc xử lý nước và môi trường.
1.2. Các phương pháp tách chiết silíc và cacbon từ vỏ trấu
1.2.1. Tách chiết silíc
Có khá nhiều phương pháp để tách silic (SiO2) từ trấu, nhưng 2 phương pháp
chủ yếu thường được sử dụng là phương pháp đốt cháy cacbon và phương pháp
phân tách hoá học [13, TLTK 14] .
* Phương pháp nhiệt phân
Trên thế giới đã có nhiều cơng trình nghiên cứu về nhiệt phân trấu bằng các
phương pháp khác nhau. Mỗi phương pháp được thực hiện ở các điều kiện riêng
biệt nhằm đến mục tiêu cuối cùng là thu được tro có hàm lượng silic cao nhất. Kết
quả nghiên cứu đã công bố khi nhiệt phân trấu ở nhiệt độ trung bình, tro trắng thu
được có hàm lượng silic vơ định hình đạt xấp xỉ 92-97%, cịn lại là một lượng tạp
kim loại nhỏ. Lượng tạp này có thể bị loại bỏ dễ dàng bằng phương pháp xử lý axit
đơn giản [14,15]. Trong một số cơng trình khác hàm lượng silic trong tro cũng được
công bố như: Armesto (2002) đưa ra kết quả 87,7% [16]; Liou (2004) là >90%

[17]; Kapur (1995) là >95% [18] và 87-97% là kết quả được Houston (1972) đưa ra
[19]. Từ các kết quả nghiên cứu này có thể thấy hàm lượng silic trong tro thu được
từ trấu là khá cao.
25


Thành phần hóa học của tro trước khi hồ tan trong axit đã được phân tích
bằng phương pháp phân tích hóa học. Bảng 2 liệt kê hàm lượng các hợp phần của
tro [1].
Bảng 2. Thành phần hoá học của tro đốt từ trấu
Thành phần

Hàm lượng, %

SiO2

86,9 – 97,3

K2O

0,6 –2,5

Na2O

0,3 – 1,8

CaO

0,2 – 1,5

MgO

0,1 –2,0

Fe2O3

0,2 – 0,9

P2O5

0,2 – 2,9

SO3

0,1 – 1,1

Cl-

0,1 –1,4

Năm 2001, Hoang và các cộng sự đã công bố phương pháp nhiệt phân trấu
cho hàm lượng silic thu được từ tro rất cao, 98% [20]. Phương pháp này dựa trên
nguyên tắc nhiệt phân trấu trong hệ nhiệt phân tầng giả sôi. Kết quả nghiên cứu cho
thấy hàm lượng cacbon trong trấu rất nhỏ (<2%), sở dĩ có được kết quả này là do
cácbon trong tro đã được chuyển hóa triệt để khi nhiệt phân trấu tạo silic vơ định
hình.
* Phương pháp phân tách hoá học
Phương pháp thứ hai để tách silic là phương pháp chiết trực tiếp từ vỏ trấu
bằng dung dịch kiềm. Phương pháp này khá đơn giản và hiệu suất thu được silic
khá cao [21]. Lượng silic thu được từ phương pháp chiết từ tro trấu bằng dung dịch

kiềm (ví dụ như NaOH), được chứng minh rằng rất tốt cho việc tổng hợp zeolit [2].
1.2.2. Tách chiết cacbon
Trong thành phần của trấu như thấy ở bảng 1 chứa các thành phần hữu cơ
với hàm lượng khá lớn. Dựa vào đặc tính cấu tạo này, người ta đã chiết cacbon ra từ
trấu dưới dạng vật liệu cacbon. Vật liệu này được sử dụng làm chất hấp phụ các kim
loại nặng như Cd(II) hay Se (IV) [22], hấp phụ các dẫn xuất của phenol [23], thuốc
diệt cỏ [24] hay hấp phụ malachit xanh [25],…cho hoạt tính cao có thể thay thế,
thậm chí cịn tốt hơn than hoạt tính. Hai phương pháp thường được áp dụng để tách
26


chiết cacbon từ trấu là dùng dung dịch axit H3PO4 hoặc dung dịch kiềm NaOH có
nồng độ biết trước.
* Tách chiết cacbon bằng dung dịch kiềm
Nguyên tắc của phương pháp dùng NaOH để tách cacbon từ trấu dựa trên
phản ứng hòa tan SiO2 bằng NaOH:
NaOH + SiO2 = Na2SiO3(tan)
Trước khi xử lý, trấu được rửa sạch, sấy khô để loại bỏ các tạp chất bẩn bám
trên vỏ. Tiếp theo, trấu được xử lý với dung dịch NaOH trong một bể chứa parafin,
lượng NaOH được tính tốn vừa đủ để có thể loại bỏ hết được silic có trong thành
phần. Trấu sau đó tiếp tục được rửa sạch kiềm, sấy khơ, và nghiền nhỏ. Giai đoạn
cuối cùng là cacbon hóa, sau khi được loại bỏ silic, trấu được nung ở 400-600oC
(cacbon hố) ở áp suất khí quyển trong mơi trường khí trơ. Sản phẩm thu được cuối
cùng là vật liệu cacbon. Bảng 3 là kết quả của quá trình tách chiết cacbon từ trấu
được thực hiện với dung dịch NaOH 10%, khảo sát ở 2 nhiệt độ 300C và 1000C
trong 1 giờ, q trình cacbon hóa được thực hiện ở 5000C, 30 phút. Sản phẩm được
phân tích thành phần bằng cách nung ở 7000C, sản phẩm được phân tích thành phần
bằng cách nung ở 7000C, phần giảm khối lượng là cacbon và phần rắn còn lại là
SiO2 [26].
Bảng 3. Thành phần vật liệu cacbon tách chiết bằng dung dịch NaOH

Mẫu

Hiệu suất, %

Silic, %

Vật liệu cacbon, %

300C

59,2

21,2

78,8

1000C

40,0

7,6

92,4

Kết quả cho thấy khi tăng nhiệt độ tới 1000C, silic trong trấu sẽ được tách
triệt để hơn, cho hàm lượng vật liệu cacbon thu được là cao hơn.
* Tách chiết cacbon bằng axit
Trong phương pháp tách chiết cacbon bằng axit, có 2 dạng vật liệu cacbon
được đưa ra. Thứ nhất là vật liệu chứa cacbon mà trong thành phần được tách ra từ
trấu chỉ bao gồm silic và cacbon (phương pháp dùng axit sunphuric), vật liệu chứa

cacbon thứ hai cũng tương tự chứa silic nhưng cacbon tồn tại dưới dạng các nhóm
chức trên bề mặt của trấu như –COOH, -CHO và –OH (dùng axit phosphoric). Các
nhóm chức này đóng vai trị như các tâm hoạt tính, có khả năng trao đổi ion với các
ion khác ví dụ như các ion kim loại nặng (áp dụng trong xử lý các kim loại nặng
27


trong dung dịch). Hai axit này có một điểm chung đều là các axit mạnh, có tính oxy
hóa cao.
Ở Việt Nam, hiện tại chưa có nhiều cơng trình nghiên cứu về ứng dụng của
trấu mặc dù là một nước nông nghiệp sản xuất lúa gạo, sản lượng hàng năm thuộc
hàng cao nhất trên thế giới. Việc nghiên cứu sử dụng trấu như một nguồn nguyên
liệu có giá trị là thực sự cần thiết, bởi nó khơng chỉ đem lại những lợi ích đối với
mơi trường mà cịn có thể trở thành một nguồn thu đáng kể cho bà con nông dân
thay vì bị coi như một thứ bỏ đi, khơng có giá trị kinh tế.
1.3. Hiện trạng dầu thực vật và phế thải cặn dầu thực vật: trữ lượng, tính chất
ở Việt Nam
Ngày nay, việc nghiên cứu và phản triển để sản xuất và biến tính dầu thực
vật tập trung chủ yếu vào các nguyên lý mới của công nghệ sinh học. Dầu thực vật
là nguyên liệu được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm cũng như các
ngành công nghiệp khác. Trong công nghiệp thực phẩm dầu thực vật làm dầu ăn do
nó dễ tiêu hố và cung cấp nhiều năng lượng. Trong công nghiệp dầu thực vật được
sử dụng làm hố chất chun dụng (như dung mơi, chất hoạt động bề mặt, thuốc
bảo vệ thực vật), sơn, mực in, chất kết dính, chất bơi trơn, chất dẻo và
composit...Hơn nữa, do có khả năng phân hủy sinh học và độc tính thấp nên các sản
phầm làm từ dầu thực vật rất có lợi cho việc bảo vệ mơi trường .Đặc biệt, hiện nay
trên thế giới do khủng hoảng về giá cả nhiên liệu, nhiên liệu hoá thạch đang cạn kiệt
nhanh chóng và vấn đề đặc biệt được quan tâm hiện nay là ô nhiễm môi trường, nên
nhiều nước đã quan tâm đến nhiên liệu mới, trong đó dầu thực vật được xem là
nguyên liệu mới để tổng hợp nhiên liệu biodiezel. Đó là dạng năng lượng rất có lợi

về mặt kinh tế cũng như môi trường do vậy được rất nhiều nước đặc biệt quan tâm.
1.3.1. Cây thực vật
*Sơ lược tình hình phát triển cây thực vật có dầu ở nước ta:
Trong thập kỷ 80, ta đã ứng dụng được một số tiến bộ kinh tế kỹ thuật trong
lĩnh vực cây trồng và trong công nghiệp chế biến dầu thực vật. Khí hậu nóng ẩm,
thời tiết mưa nắng điều hoà là điều kiện rất thuận lợi cho các cây có dầu ở nước ta.
Nước ta có cây ngắn ngày như cây lạc, cây mè, thầu dầu ... có khả năng trồng khắp
nơi từ miền nam tới miền bắc và có một số cây dài ngày như dừa ở phía nam, trẩu ở
phía bắc, nhưng trồng và chế biến với quy mơ lớn về dầu thực phẩm chỉ có dừa và
28


lạc. Trong dân gian, có kinh nghiệm trồng cây dầu trẩu là là loại dầu cơng nghiệp
có nhiều triển vọng. Ngồi ra, các cây có dầu khác đang trồng và chế biến lẻ tẻ,
phân tán, chưa có quy hoạch cụ thể.
- Cây dừa: Phát triển chủ yếu ở phía nam nước ta là nơi có khí hậu nhiệt đới, nắng
nhiều, quang hợp tốt, rất thích hợp với loại cây này. Ngày xưa dừa trồng khá phổ
biến từ Quảng Nam - Đà Nẵng tới Ninh Hải, Kiên Giang. Nổi tiếng nhất là vùng
dầu Tam Quan thuộc tỉnh Bình Định, Phú Quốc (huyện đảo của tỉnh Kiên Giang).
Tổng diện tích dừa hiện nay ước tính là ba trăn nghìn hecta (300.000 ha), tập trung
chủ yếu ở đồng bằng Sông Cửu Long. Về giống, hiện nay theo điều tra trên 13 tỉnh
miền nam ta đã chọn được 10 loại giống dừa tốt, đăc biệt là loại giống dừa cao Tam
Quan, chống chịu điều kiện môi trường tốt, năng suất quả cao, cùi dừa dày, tỷ lệ dầu
ép được cao.
- Dầu lạc: Ở nước ta cây lạc được trồng khắp nơi từ mọi miền từ Bắc tới Nam. Hiện
nay diện tích trồng lạc ở nước ta đã có trên 500.000 ha. Năng suất thấp nhất 700 kg
lạc vỏ/năm, nhất là các vùng đất ven biển, chân núi đạt 1000 kg/ha, có nơi đạt tới
15.000 kg/ha. Hiện nay trồng phổ biến nhất là giống lạc sen và lạc cúc. Lạc sen củ
dài có hai ba hạt nhân, hạt to ,tỷ lệ dầu cao.Lạc cúc, củ nhỏ,mỗi củ chỉ có một hạt
nhân tỷ lệ dầu trong hạt thấp thua hạt sen.

- Dầu mè (dầu vừng): Cây mè thường được trồng trên đất cát. Nhân dân trồng mè
đen, mè vàng để ăn là chủ yếu, còn ép dầu thì cịn rất hạn chế. Ba năm gần đây các
nhà máy Tân Bình, Tường An, Nhà Bè của liên hiệp dầu thực vật Việt Nam có ép
và tinh luyện dầu mè. Các nhà máy địa phương như Ban Mê Thuộc, Pleiku và một
số xí nghiệp tại vùng có nhiều mè trên dây chuyền thiết bị của các nhà máy dầu
lạc.Tuy nhiên sản lượng không đáng kể cho nên không tạo ra các mặt hàng mới có
giá trị kinh tế.
- Dầu đậu tương (đậu nành): Cây đậu tương thích hợp khí hậu ám áp ở miền Bắc.
Độ chênh lệch nhiệt độ ngày và đêm không quá cao. Do vậy,ở nước ta có nhiều
vùng phù hợp để trồng loại cây này. Hơn nữa đậu tương có lượng casêine cao từ
40% -50% là một nguồn đạm thực vật quí giá,cho nên ở đâu có điều kiện khí hậu và
đất đai thích hợp thì nhân dân ta cố gắng trồng để làm đậu phụ. Miền Bắc các vùng
miền núi đều có trồng đậu tương nhưng diện tích khơng tập trung lớn.Miền Nam có
những vùng như Đồng Nai ,Đồng Tháp và một số địa phưong trồng đậu tương
29


thành hàng hố có khả năng xuất khẩu. Tồn quốc có 100,000 ha. Năng suất bình
qn 700kg/ha.
Ngồi các loại dầu thực phẩm trên đây đất nước ta cịn có những loại dầu có
thể khai thác được như dầu ngơ, dầu hạt bông, dầu hạt sở, hạt mắt cau (quả đen )
v.v...
- Dầu trẩu: Cây trẩu thích nghi ở vùng ấm áp, có nắng tốt nhưng phải có độ ẩm
thích hợp. Miền Bắc ở nước ta là một trong ba vùng trên thế giới có cây trẩu sinh
trưởng rất thích hợp. Theo thống kê chưa đầy đủ, năm 1085 diện tích trồng trẩu
khoảng 12.000 ha, năm 1984 có khoảng 20.000 ha và hiện nay xấp xỉ gấp đôi
40.000 ha. Mấy năm nay, một số nhà máy ép dầu lạc đã sử dụng dây chuyền thiết bị
này để ép dầu trẩu với hiệu suất và phẩm chất dầu tốt, màu sáng trong.
1.3.2. Thành phần hóa học của dầu thực vật
Các loại dầu khác nhau thì có thành phần hóa học khác nhau. Tuy nhiên,

thành phần chủ yếu của dầu thực vật là các glyxerit, nó là este tạo ra từ axit béo có
phân tử lượng cao và glyxerin (chiếm 95 – 97%). Cơng thức cấu tạo chung của nó
là:

R1COOCH2
R2COOCH
R3COOCH2
R1, R2, R3 là các gốc hydrocacbon của axit béo, khi chúng có cấu tạo giống

nhau thì gọi là glyxerit đồng nhất, nếu khác nhau thì gọi là glyxerit hỗn tạp. Các gốc
R có từ 8 – 22 nguyên tử Cacbon. Đại bộ phận dầu thực vật có thành phần gryxerit
hỗn tạp. Dầu thực vật thường là dạng lỏng ở nhiệt độ thường do tỉ lệ các axít béo
khơng no lớn.
Thường axit béo sinh ra từ dầu mỡ có thể vào khoảng 95% so với trọng
lượng dầu mỡ ban đầu. Về cấu tạo, axit béo là những axit cacboxylic mạch thẳng có
cấu tạo khoảng 6 – 30 nguyên tử cacbon. Các axit này có thể no hoặc khơng no.
Có thể tham khảo thành phần % của các axit béo của các loại dầu thực vật
khác nhau ở bảng 4.

30


Bảng 4. Thành phần axít béo của các loại dầu thực vật
Loại dầu
Dầu bông

C16:0

C16:1

C18:0

C18:1

C18:2

C18:3

Khác

28,7

0

0,9

13,0

57,4

0

0

6,4

0,1

2,9

17,7

72,9

0

0

Dầu cọ

42,6

0,3

4,4

40,5

10,1

0,2

1,1

Dầu đậu nành

13,9

0,3

2,1

23,2

56,2

4,3

0

Dầu lạc

11,4

0

2,4

48,3

32,0

0,9

4,0

Dầu dừa

9,7

0,1

3,0

6,9

2,2

0

65,7

10,2

0

8,7

24,6

39,6

16,3

0

13-15

-

0,4

74-87

10-14

-

-

Dầu hướng dương

Dầu hạt cao su
Dầu sở

1.3.3. Quá trình sản xuất dầu thực vật
* Phương pháp tinh luyện bằng axit sunfuric (H2SO4)
Từ lâu người ta đã biết dùng H2SO4 để luyện dầu mỡ, tuỳ thuộc vào việc sử
dụng axit đặc hoặc axit lỗng mà có những tác dụng khác nhau.
Các phương pháp luyện bằng axit thường áp dụng đối với các loại dầu mỡ
chứa nhiều prôtit (như mỡ động vật), các chất nhựa, các chất có tính keo hồ tan.
Trong phạm vi tinh luyện dầu mỡ thực phẩm người ta sử dụng phương pháp này rất
hạn chế. Khi luyện bằng axit cần căn cứ vào chất lượng dầu mỡ và quyết định nồng
độ axit, lượng dùng của axit so với dầu mỡ, nhiệt độ dầu mỡ. Khi dùng axit lỗng
thì nồng độ thường khoảng 2%, lượng dùng khoảng 20 - 50% so với dầu mỡ. Đun
nóng dầu mỡ lên 80 - 100oC rồi vừa khuấy vừa cho axit hoặc đảo bằng khí nén) tiếp
tục khuấy khoảng vài giờ, để lắng, tháo lớp axit ở dưới và tiếp tục rửa dầu mỡ bằng
nước nóng đến khi hết axit. Cũng có thể tíên hành bằng cách dùng axit nồng độ vừa
(khoảng 60%) tạo thành tia nhỏ chảy vào dầu mỡ, trộn đều rồi dùng nước lạnh để
pha loãng ngay trong hỗn hợp.

* Phương pháp thuỷ hoá (hydrat hoá)
Phương pháp này dựa vào phản ứng hydrat hoá để làm tăng độ phân cực của
các tạp chất keo hồ tan trong dầu mỡ, do đó làm giảm được độ hoà tan của chúng
trong dầu mỡ.
Trong kỹ thuật tinh luyện dầu mỡ, tác dụng hydrat hoá được thực hiện bằng
cách dùng một lượng nhất định nước nóng hoặc dung dịch loãng các chất điện ly
như NaOH, NH4Cl, BaCl2, NaCl, các axit vô cơ v.v…) trộn với dầu mỡ ở một nhiệt
31


độ thích hợp để phân cực hố và kết tủa các tạp chất. Cùng tách ra với kết tủa cịn
có một số tạp chất khác do tác dụng cơ học hoặc hấp phụ của kết tủa. Tác dụng
hydrat hố cịn có khả năng làm giảm chỉ số axit của dầu mỡ, rõ ràng một mặt là do
các tạp chất keo có tính axit (ví dụ các prơtit lưỡng tính) phát sinh kết tủa. Ngồi ra
một số cơng trình nghiên cứu trong những năm gần đây đã xác nhận rằng, dầu mỡ
sau khi hydrat hoá loại trừ được các tạp chất keo hòa tan, sẽ tạo thuận lợi và giảm
được mức tiêu hao dầu trung tính trong khi luyện bằng kiềm.
Ngày nay phương pháp hydrat hoá được ứng dụng rộng rãi trong các cơ sở
tinh luyện dầu ăn, dầu hydro - hố, dầu mỡ sản xuất bơ nhân tạo. Q trình hydrat
hố có thể dùng đơn độc để tinh luyện (ví dụ các dầu sản xuất theo phương pháp ép
nguội) hoặc xử lý dầu trước khi qua luyện kiềm, trong các quy trình hồn chỉnh.
* Phương pháp trung hồ bằng kiềm
Phương pháp này được áp dụng rộng rãi nhất trong các quy trình tinh luyện.
Đối với những loại dầu mỡ thơ có chất lượng tương đối tốt, nhiều khi chỉ dùng
phương pháp tinh luyện bằng kiềm đã có thể đạt được tiêu chuẩn cần thiết. Thậm
chí có khi đạt được tiêu chuẩn dầu mỡ ăn và chế biến thực phẩm.
Phương pháp này chủ yếu dựa vào phản ứng trung hoà. Dưới tác dụng của
dung dịch kiềm các axit béo tự do và các tạp chất có tính axit sẽ tạo thành các muối
kiềm, chúng khơng tan trong dầu mỡ nhưng có thể tan trong nước nên có thể phân
ly ra khỏi dầu mỡ bằng cách lắng hoặc rửa nhiều lần. Ví dụ q trình hình thành xà

phịng từ axit béo tự do.
RCOOH + NaOH → RCOONa + H2O
Ngoài ra trong một số điều kiện khác có thể tạo ra (xà phịng axit)
2RCOOH + NaOH → RCOONa.RCOOH + H2O
Vì mục đích chủ yếu của luyện kiềm là loại trừ các axit béo tự do nên thực tế
thường gọi là trung hoà dầu mỡ. Tuy nhiên tác dụng của kiềm không phải chỉ hạn chế
như vậy, mà chính những xà phịng sinh ra lại có năng lực hấp phụ nên chúng cịn có
thể kéo theo các loại tạp chất như prôtit, chất nhựa, các chất màu và thậm chí cả
những tạp chất cơ học vào trong kết tủa. Cho nên trên thực tế, dầu mỡ trung hồ xong
khơng những giảm được chỉ số axit mà còn loại trừ được một số tạp chất khác. Cần
nhớ rằng, khi trung hồ dầu mỡ, kiềm có thể xà phịng hố cả dầu mỡ trung tính sẽ
làm giảm hiệu suất thu hồi dầu mỡ tinh luyện. Do đó khi luyện cần khống chế các
32