nghiên cứu tập hợp và đặc trưng xúc tác lưỡng chức calcium silicate cs cho quá trình chuyển hoá dầu

Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu tập hợp và đặc trưng xúc tác lưỡng chức Calcium Silicate CS
cho quá trình chuyển hoá dầu ăn thải thành biodieze
LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành nhất tới GS.TS. Đinh Thị Ngọ
và TS. Nguyễn Khánh Diệu Hồng, là những người đã trực tiếp hướng dẫn một cách
tận tình và chu đáo nhất cho tôi trong suốt quá trình tôi làm đồ án. Hai cô không chỉ
truyền đạt những kiến thức khoa học quý báu cho tôi mà hai cô còn là những người
truyền cho tôi ngọn lửa đam mê với nghiên cứu khoa học, với nhiên liệu sạch, với
con đường sự nghiệp mà tụi đó chọn để bước tiếp trong tương lai.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong bộ môn Công nghệ
Hữu cơ – Hóa dầu, là những người đã dạy dỗ những sinh viên chúng tôi trong suốt
quá trình chúng tôi học tập tại trường Đại học Bách Khoa Hà Nội.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn của mình tới bố mẹ và gia đình tôi, bạn bè
và những người thõn luôn sát cánh và ủng hộ cho tôi.
Hà Nội, ngày…., thỏng…, năm…
SVTH: Nguyễn Văn Tín-HDK52-QN
1
Đồ án tốt nghiệp
MỤC LỤC
Nghiên cứu tập hợp và đặc trưng xúc tác lưỡng chức Calcium Silicate CS cho quá trình chuyển hoá
dầu ăn thải thành biodieze 1
LỜI CẢM ƠN 1
MỤC LỤC 2
DANH MỤC CÁC KÍ HỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT TRONG ĐỒ ÁN 4
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ 5
DANH MỤC CÁC BẢNG 7
LỜI NÓI ĐẦU 8
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU SINH HỌC BIODIESEL 10
2.3.1.Tỷ trọng (ASTM D1298) 42
2.3.2.Độ nhớt động học (ASTM D445) 43

2.3.3.Chỉ số axit (ASTM D664) 43
SVTH: Nguyễn Văn Tín-HDK52-QN
2
Đồ án tốt nghiệp
2.3.4.Chỉ số xà phòng hóa (ASTM D94) 43
2.3.5.Chỉ số iot (TCVN 6122) 44
2.4.TỔNG HỢP BIODIESEL TỪ DẦU ĂN THẢI SỬ DỤNG XÚC TÁC CS 45
2.4.1.Dụng cụ 45
2.4.2.Hóa chất 45
2.4.3.Cách tiến hành 45
2.5.CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM 46
2.5.1.Tính toán hiệu suất hiệu suất của phản ứng trao đổi este 46
2.5.2.Phương pháp sắc kí- khối phổ (GC-MS) 47
2.5.3.Xác định chỉ số axit (ASTM D664) 48
2.5.4.Xác định độ nhớt động học (ASTM D445) 48
2.5.5.Xác định chỉ số xờtan 49
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 50
3.1.KẾT QUẢ TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG XÚC TÁC 50
3.1.1.Giản đồ nhiễu xạ tia X 50
3.1.2.Ảnh SEM 55
3.1.3.Phương pháp BET đánh giá bề mặt riêng của CS 57
3.1.4.Phổ hồng ngoại IR 58
3.2. TỔNG HỢP BIODIESEL TỪ DẦU ĂN THẢI SỬ DỤNG XÚC TÁC CS 59
3.2.1.Tính chất và thành phần nguyên liệu 59
3.2.2.Đánh giá hoạt tính xúc tác 60
3.2.3.Những yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất tổng hợp biodiesel 63
3.2.3. Kết quả tổng hợp biodiesel từ dầu ăn thải 69
KẾT LUẬN 71
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 72
SVTH: Nguyễn Văn Tín-HDK52-QN

3
Đồ án tốt nghiệp
DANH MỤC CÁC KÍ HỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT TRONG ĐỒ ÁN
ASTM Tiêu chuẩn của hiệp hội thử nghiệm và vật liệu Mỹ
BET Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ - nhả hấp phụ N
2
CS Xúc tác lưỡng chức Calcium Silicate
CTPT Công thức phân tử
EN Tiêu chuẩn Châu Âu
EU Liên minh Châu Âu
EIA Cơ quan thông tin năng lượng Hoa Kỳ
IR Phổ hấp phụ hồng ngoại
IUPAC Danh pháp quốc tế
ISO Tiêu chuẩn quốc tế
XRD Phương pháp nhiễu xạ tia X
SEM Phương pháp kính hiển vi điện tử quét
TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam
TNHH Trách nhiệm hữu hạn
SVTH: Nguyễn Văn Tín-HDK52-QN
4
Đồ án tốt nghiệp
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Biểu đồ tăng trưởng sản lượng biodiesel trên toàn thế giới từ năm 2000
đến 2010
Hình 1.2: Dòng biodiesel thương mại trên toàn cầu năm 2010
Hình 1.3: Dòng biodiesel thương mại trên toàn cầu năm 2011
Hình 1.4: Phân bố chi phí của quá trình sản xuất biodiesel
Hình 1.5: Trật tự sắp xếp trong cấu trúc của xúc tác CS
Hình 2.1: Tia tới và tia phản xạ trên bề mặt tinh thể
Hình 2.2: Các dạng đường đẳng nhiệt hấp phụ - nhả hấp phụ theo IUPAC

Hình 2.3: Đồ thị biểu diễn sự biến thiên của P /V(P
o
- P) theo P/P
o
Hình 2.4: Sơ đồ thiết bị phản ứng gián đoạn
Hình 2.5: Sơ đồ chiết tách thu biodiesel
Hình 3.1: Phổ XRD của mẫu 2 giờ
Hình 3.2: Phổ XRD của mẫu 14 giờ
Hình 3.3: Phổ XRD của mẫu 24 giờ
Hình 3.4: XRD của một số mẫu xúc tác với lượng Cao thay đổi [28]
Hình 3.5: Phổ XRD của mẫu 70
o
C
Hình 3.6: Phổ XRD của mẫu 80
o
C
Hình 3.7: Phổ XRD của mẫu 90
o
C
Hình 3.8: Ảnh SEM của mẫu CS trước khi nung
Hình 3.9: Ảnh SEM của mẫu xúc tác nung ở 300
o
C và 500
o
C
Hình 3.10: Ảnh SEM của mẫu CS sau khi nung 900
o
C
Hình 3.11: Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến diện tích bề mặt của CS
Hình 3.12: Phổ IR của mẫu CS

Hình 3.13: Ảnh hưởng của tỷ lệ CaO/SiO
2
đến hoạt tính xúc tác
Hình 3.14: Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến hiệu suất tạo biodiesel
Hình 3.16: Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác
Hình 3.17: Ảnh hưởng của tỷ lệ mol metanol/dõ̀u đờ́n hiệu suất thu metanol
Hình 3.18: Ảnh hưởng của nhợ̀t đụ̣ đờ́n hiệu suất thu biodiesel
SVTH: Nguyễn Văn Tín-HDK52-QN
5
Đồ án tốt nghiệp
Hình 3.19: Ảnh hưởng của tốc độ khuấy trộn đến hiệu suất tạo biodiesel
Hình 3.20: Phổ IR của metyleste thu được từ dầu ăn thải
Hình 3.21: Sắc kí đồ của metyl este thu được từ dầu ăn thải
Hình 3.22. Phổ khối của pic có thời gian lưu 24,45 phút trong phổ GC và phổ khối
chuẩn của metyl stearat trong thư viện phổ
SVTH: Nguyễn Văn Tín-HDK52-QN
6
Đồ án tốt nghiệp
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Tiêu chuẩn Châu Âu cho biodiesel
Bảng 1.2: Tiêu chuẩn chất lượng cho Biodiesel B100 theo tiêu chuẩn ASTM 6751
Bảng 1.3: Tiêu chuẩn chất lượng cho biodiesel B20 ASTM 7467
Bảng 1.4: Sản lượng biodiesel và cân bằng kinh tế của EU từ 2005 đến 2011
Bảng 1.5: Lượng biodiesel nhập khẩu của Mỹ qua các năm
Bảng 1.6: So sánh tính chất dầu ăn thỉa và dầu nguyên chất
Bảng 1.7: Một số loại xúc tác đồng thể thường dùng
Bảng 1.8: So sánh xúc tác đồng thể và dị thể dùng cho quá trình tổng hợp biodiesel
Bảng 1.9: Một số loại xúc tác dị thể dùng cho phản ứng trao đổi este
Bảng 1.10:Một số nghiên cứu về phản ứng trao đổi este sử dụng xúc tác Enzym
Bảng 3.1: Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến diện tích bề mặt

Bảng 3.2: Tính chất của dầu ăn thải
Bảng 3.3: Ảnh hưởng của tỷ lệ CaO/SiO
2
đến hoạt tính xúc tác
Bảng 3.4: Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến hoạt tính xúc tác
Bảng 3.5: Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hiệu suất tạo biodiesel
Bảng 3.6: Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác đến hiệu suất thu biodiesel
Bảng 3.7: Ảnh hưởng của tỷ lệ metanol/dõ̀u đờ́n hiệu suất thu biodiesel
Bảng 3.8: Ảnh hưởng của nhợ̀t đụ̣ đờ́n hiệu suất thu biodiesel
Bảng 3.9: Ảnh hưởng của tốc độ khuấy trộn đến hiệu suất tạo biodiesel
Bảng 3.10. Thành phần và tỉ lệ của các axit béo có trong sản phẩm suy ra từ kết quả
GC-MS
Bảng 3.11: Chỉ tiêu chất lượng biodiesel thu được từ dầu ăn thải và biodiesel chuẩn
SVTH: Nguyễn Văn Tín-HDK52-QN
7
Đồ án tốt nghiệp
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay cùng với việc cạn dần của nguồn năng lượng hóa thạch, một vấn đề
nóng bỏng mà tất cả chúng ta rất quan tâm đó là hiện tượng ô nhiễm môi trường
sinh thái trên toàn cầu, một trong những nguyên nhân chủ yếu là do khí thải của quá
trình đốt chỏy nhiên liệu khoáng gây nên. Những khí thải này đã và đang tích tụ
trong bầu khí quyển vượt xa tiêu chuẩn cho phép, đe doạ sức khoẻ cộng đồng và
môi trường sống.
Chớnh vì vậy, chúng ta cần phải tìm ra nguồn năng lượng mới để dần thay thế
nguồn năng lượng dầu mỏ, lại ớt gõy ụ nhiễm môi trường, có thể tái chế được và
đưa chúng vào sản xuất hàng loạt. Hiện nay trên thế giới có rất nhiều nguồn năng
lượng có thể tái tạo được như năng lượng mặt trời, năng lượng gió hay năng lượng
thuỷ triều… đây là những nguồn năng lượng rất sạch nhưng vẫn còn gặp khó khăn
trong việc khai thác vì chi phí cao, không thể lưu trữ và sử dụng linh hoạt. Nhiên
liệu sinh học, trong đú có biodiezel là giải pháp hiệu quả nhất hiện nay và có thể

trong tương lai, để thay thế một phần nguồn dầu mỏ đang bị cạn kiệt.Theo báo cáo
về tình hình sử dụng năng lượng của BP thì từ năm 1900 tới nay dân số tăng lên 4
lần, thu nhập trung bình tăng lên 25 lần và nhu cầu sử dụng năng lượng lên tới con
số 22,5 lần [3]. Với nhu cầu sử dụng năng lượng tăng vọt như trên và với tốc độc
khai thác chóng mặt như hiện tại thì năng lượng hóa thạch sẽ cạn kiệt trong tương
lai không xa. Theo các cuộc thăm dò quốc tế, nếu không tìm kiếm thêm được các
nguồn dự trữ mới thì với lượng khai thác như hiện nay, khoảng 85,9 triệu thùng mỗi
ngày, dầu mỏ sẽ cạn kiệt sau 43 năm nữa. Với lượng khai thác 19 BBOE (tương
đương triệu thùng dầu mỏ) mỗi ngày thỡ khớ thiên nhiên cũng sẽ cạn kiệt sau 60
năm nữa. Với lượng khai thác khoảng 29,85 BBOE mỗi ngày thì than đá nhiều nhất
là 148 năm nữa cũng sẽ cạn kiệt [14]. Như vậy, có thể thấy nhu cầu năng lượng
đang nóng hơn bao giờ hết
Chính sách năng lượng có tầm chiến lược không những đối với các nước phát
triển, mà còn cả đối với các nước đang phát triển như Việt Nam chúng ta. Trong
những năm qua, nền kinh tế nước ta có những bước phát triển vượt bậc, trong đó
SVTH: Nguyễn Văn Tín-HDK52-QN
8
Đồ án tốt nghiệp
ngành giao thông vận tải phát triển rất nhanh. Theo tình hình chung, thì Việt Nam
chúng ta cũng đang phải chịu sự ảnh hưởng của việc ô nhiễm môi trường và nền
kinh tế chịu sự ảnh hưởng lớn của giá dầu thụ trên thế giới. Nhằm giải quyết vấn đề
này, ở nhiều quốc gia, việc sử dụng biodiezel đã tăng mạnh trong một vài năm gần
đõy. Vì thế, vấn đề cấp thiết hiện nay là chúng ta phải tổng hợp được biodiezel từ
nguồn nguyên liệu trong nước để dần thay thế cho nguồn năng lượng dầu mỏ.
Biodiezel được sản xuất từ các loại dầu thực vật, mỡ động vật, từ dầu thải.
Đây là một nguồn phụ gia rất tốt cho nhiên liệu diezel, làm giảm một cỏch đáng kể
lượng khí thải và nó cũng là một nguồn nhiên liệu có thể tái tạo được.
Trên thế giới và ở Việt Nam đó cú nhiều đề tài nghiên cứu tổng hợp biodiezel
từ các nguồn nguyên liệu sẵn có như dầu đậu nạnh, dầu hạt cải, dầu cao su, các loại
dầu thực vật…. và đã thu được những kết quả rất khả quan. Tuy nhiên, quá trình sản

xuất biodiezel từ những nguồn nguyên liệu nói trên có giá thành cao và gây ảnh
hưởng đến an ninh lương thực. Dú đó, việc tìm ra một nguồn nguyên liệu rẻ tiền
hơn, có khả năng cung cấp lâu dài, khụng gõy ảnh hưởng tới an ninh lương thực là
mục tiêu cần hướng tới. Với mục tiờu đú, thỡ việc tận dụng nguồn dầu ăn phế thải
và mỡ thải từ động vật làm nguyên liệu cho tổng hợp biodiezel có ý nghĩa thực tế
rất hơn. Vì đây là nguồn nguyên liệu rất dồi dào, lại rẻ tiền và đem lại hiệu quả kinh
tế và sử dụng cao. Nhưng việc sử dụng nguồn mỡ thải làm nguyên liệu cho quá
trình tổng hợp biodiezel lại gặp khó khăn do phải tiền xử lý nguyên liệu vì nguồn
nguyên liệunày có hàm lượng axit béo tự do tương đối lớn (trung bình khoảng 5-
15% khối lượng).
Trước đây, việc tổng hợp biodiezel chủ yếu sử dụng xúc tác đồng thể, xúc
tác axit đồng thể, xúc tác axit rắn, xúc tác bazơ dị thể… Tuy nhiên, đối với những
nguồn nguyên liệu này trong thành phần có chứa nhiều axit béo tự do như dầu ăn
thải, mỡ động vật, dầu vi tảo… thì những loại xúc tác trên lại thể hiện nhiều hạn chế
khác nhau, hiệu quả kinh tế không cao, khả năng tái sử dụng thấp.Cho nên việc tìm
ra một loại xúc tác mới có nhiều khả năng phù hợp với nhiều loại nguyên liệu khác
nhau, có khả năng tái sử dụng nhiều lần, đem lại hiệu quả kinh tế cao là một yêu cầu
cấp thiết đặt ra. Chớnh vỡ vậy, tụi đã chọn đề tài: "Nghiên cứu tập hợp và đặc
trưng xúc tác lưỡng chức Calcium Silicate CS cho quá trình chuyển hoá dầu ăn
thải thành biodiezel" để thực hiện trong đồ án của mình.
SVTH: Nguyễn Văn Tín-HDK52-QN
9
Đồ án tốt nghiệp
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU SINH HỌC BIODIESEL
1.1. NHIấN LIậ́U SINH HỌC BIODIESEL
1.1.1. Định nghĩa biodiesel
Nhiên liệu sinh học (biofuel) là loại nhiên liệu được sản xuất từ nguồn
nguyên liệu sinh học – sinh khối như dầu thực vật, mỡ động vật, tinh bột, thậm chí
là chất thải nông nghiệp, lâm nghiệp (rơm rạ, bã mía, trấu, mùn cưa, phân
chuồng…). Đây là nguồn nhiên liệu sạch (chất thải ít độc hại), và đặc biệt là nguồn

nhiên liệu có thể tái tạo được (renewable fuel), nờn nú làm giảm sự phụ thuộc vào
nguồn tài nguyên nhiên liệu khoáng vốn có hạn. Chính hai đặc điểm nổi bật này mà
nhiên liệu sinh học được sự lựa chọn của nhiều nước trên thế giới hiện nay và cả
trong tương lai.
Nhiên liệu sinh học có nhiều loại như xăng sinh học (biogasoil), diesel sinh
học (biodiesel), và khí sinh học (biogas) - loại khí được tạo thành do sự phân hủy
yếm khí các chất thải nông nghiệp, chăn nuôi và lâm nghiệp. Trong các dạng trờn
thỡ chỉ có biogasoil và biodiesel được quan tâm nghiên cứu, sản xuất và ứng dụng
trong quy mô công nghiệp.
Một số nước đã đặt ra mục tiêu thay thế dần nguyên liệu truyền thống sang
nhiên liệu sinh khối. Mỹ đặt ra mục tiêu thay thế khoảng 30% lượng xăng tiêu thụ
bằng các sản phẩm có nguồn gốc từ sinh khối vào năm 2025. Ấn Độ đặt mục tiêu
tăng dần sử dụng nhiên liệu sinh khối từ 5% lên 20% vào năm 2012. EU đặt ra thị
phần nhiên liệu sinh học chiếm 6% trong tổng lượng nhiên liệu tiêu thụ. Braxin là
nước đang đứng đầu thế giới về nhiên liệu sinh học với nhiên liệu sản xuất từ sinh
khối chiếm tới 30% trong tổng nhiên liệu đang sử dụng cho ngành giao thông vận
tải [15].
Biodiesel hay diesel sinh học là một loại nhiên liệu có nguồn gốc từ dầu thực
vật hay mỡ động vật, có chỉ tiêu kỹ thuật gần giống với diesel khoáng. Về bản chất
hóa học nó là monoankyl este của các axit béo mạch dài. Biodiesel thu được từ phản
ứng trao đổi este của triglyxerit với rượu đơn chức mạch ngắn (như methanol,
etanol…) dưới sự có mặt của xúc tác và được xem là một loại phụ gia rất tốt cho
diesel truyền thống.
Biodiesel có thể trộn lẫn với diesel khoáng theo mọi tỷ lệ. Tuy nhiên, một
điều rất đáng chú ý là phải pha trộn với diesel khoáng, chứ không thể sử dụng 100%
biodiesel, vì nếu sử dụng nhiên liệu 100% biodiesel trên động cơ diesel sẽ nảy sinh
một số vấn đề liên quan đến kết cấu và tuổi thọ động cơ. Hiện nay người ta thường
sử dụng hỗn hợp 5% và 20%, biodiesel (ký hiệu B5, B20), để chạy động cơ. Nếu
pha biodiesel càng nhiều thì càng giảm lượng khí thải độc hại, nhưng không có lợi
SVTH: Nguyễn Văn Tín-HDK52-QN

10
Đồ án tốt nghiệp
về kinh tế, bởi hiện tại giá thành của biodiesel vẫn còn cao hơn diesel truyền thống,
và cần phải điều chỉnh kết cấu động cơ diesel cũ.
Biodiesel có thể được sản xuất từ nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau như
các loại dầu thực vật (dầu dừa, dầu cọ, dầu hạt hướng dương, dầu hạt cải, dầu lạc,
dầu hạt cao su, ), các loại mỡ động vật (mỡ bò, mỡ lợn, mỡ cá), và dầu vi tảo. Như
vậy nguyên liệu để sản xuất biodiesel khá phong phú, và chỳng cú nguồn gốc sinh
học, có thể tái tạo được. Đây cũng là một trong những điểm thuận lợi của nguồn
nhiên liệu biodiesel.
1.1.2. Lịch sử phát triển của biodiesel
Biodiesel đã được tìm ra từ rất sớm, từ năm năm 1853 nhờ công trình nghiờn
cứu của E.Dufy và J.Patrick, nhưng chỉ được chính thức ghi nhận vào ngày
10/08/1893, ngày mà kỹ sư người Đức Rudolf Christian Karl Diesel cho ra mắt
động cơ Diesel chạy bằng dầu lạc. Sau đó để ghi nhớ sự kiện này, ngày 10/08 hàng
năm được chọn làm ngày Biodesel thế giới. Năm 1900, Rudlf Diesel đã trưng bày
động cơ của mình tai triển lãm thế giới tại Paris, và đó cú một nhận định rằng :
“Ngày nay việc sử dụng dầu thực vật làm nhiên liệu cho động cơ có thể chưa được
quan tâm đúng mức. Nhưng trong tương lai dầu thực vật sẽ trở nên quan trọng như
vai trò của sản phẩm dầu mỏ và than đá hiện nay” [22].
Quá trình sử dụng dầu thực vật cho động cơ kéo dài đến những năm 1920 do
nhiên liệu diesel từ dầu mỏ lấn át hoàn toàn, có giá thành rẻ hơn, có sẵn và được
chính phủ trợ giá. Động cơ diesel đã được cải tiến để chạy được nhiên liệu khoỏng
cú độ nhớt thấp hơn gọi là diesel. Tuy vậy, ý tưởng và phát minh của Diesel đã tạo
tiền đề cho một loại nhiên liệu sạch, tái tạo và có thể trồng được ở nhiều nơi.
Ngày 31/08/1937, nhà khoa học G.Chavanne người Bỉ đã được công nhận
sáng chế về “Quy trình chuyển hóa dầu thực vật thành nhiên liệu”. Vào thời này,
khái niệm biodiesel lần đầu tiên đề cập đến.
Năm 1977, nhà khoa học người Braxin, Expedito Parente, đã tiến hành sản
xuất biodiesel ở quy mô công nghiệp. Sau đó, năm 1979, một loạt các nghiên cứu

về phản ứng trao đổi este sử dụng nguyên liệu là dầu của hạt hướng dương và tinh
chế sản phẩm thu nhiên liệu diesel được khởi động ở Nam Phi. Không lâu sau đó,
vào năm 1983, quy trình tổng hợp và thử nghiệm nhiên liệu biodiesel trên động cơ
hoàn thành và được cong bố.
Tháng 12/1987, Gaskoks- một công ty của Úc đã xây dựng thành công một
dây chuyền sản xuất biodiesel ở quy mô pilot. Chưa đầy 2 năm sau, vào tháng 4
năm 1989, công ty này đó xõy dựng một dây chuyền sản xuất biodiesel trên quy mô
công nghiệp. Năm 1991, bộ tiêu chuẩn của Úc cho biodiesel ra đời. Tiếp sau đó,
hàng loạt các tiêu chuẩn khác của các nước, các tổ chức khác nhau ra đời như DIN
51606 của Đức (năm 1997), ASTM 6751 năm 2002 (USA)… Tháng 12/2003, tiêu
SVTH: Nguyễn Văn Tín-HDK52-QN
11
Đồ án tốt nghiệp
chuẩn EN 14214 dành cho nhiên liệu Biodiesel B100 ra đời. Tháng 8/2008, ASTM
ban hành tiêu chuẩn mới về biodiesel.
Ngày nay, khi nhiên lệu biodisel phát triển trên toàn cầu thì mỗi quốc gia,
mỗi khu vực đều có một tiêu chuẩn riêng cho mình phù hợp yêu cầu chất lượng và
sự phát triển kinh tế của mình. Việt Nam cũng vậy, năm 2007, Việt Nam cho ra đời
bộ tiêu chuẩn TCVN-7717 cho biodiesel B100.
1.1.3. Ưu nhược điểm của nhiên liệu biodiesel
 Ưu điểm của biodiesel:
- Trị số xetan cao:
Biodiesel là các alkyl este mạch thẳng nờn cú trị số xetan cao hơn hẳn diesel
khoáng. Nhiên liệu diesel khoáng thường có trị số xetan từ 50 đến 52 và 53 đến 54
đối với động cơ cao tốc, trong khi với biodiesel thường là 56 đến 58. Như vậy
biodiesel hoàn toàn có thể đáp ứng yêu cầu về trị số xetan mà không cần phụ gia,
thậm chí nú cũn được dùng như phụ gia tăng trị số xetan cho diesel khoáng.
- Giảm lượng cỏc khớ phỏt thải độc hại:
Biodiesel chứa rất ít hydrocacbon thơm. Hàm lượng lưu huỳnh rất thấp,
khoảng 0,001% . Đặc tính này của biodiesel rất tốt cho quá trình sử dụng làm nhiên

liệu, vỡ nú làm giảm đáng kể khí thải SO
x
gây ăn mòn thiết bị và gây ô nhiễm môi
trường. Đồng thời, trong nhiên liệu biodiesel chứa khoảng 11% oxy nên quá trình
cháy của nhiên liệu xảy ra hoàn toàn, giảm được lượng hydrocacbon trong khí thải.
Với biodiesel khí thải không có SO
2
, CO
2
và giảm 20% khí CO, và còn có nhiều khí
O
2
tự do. Do đó sử dụng nhiên liệu biodiesel sẽ rất có lợi cho môi trường và giảm
nguy cơ bị bệnh ung thư do hít phải khói thải độc hại [10].
- Khả năng bôi trơn cao nên giảm mài mòn:
Biodiesel có khả năng bôi trơn bên trong tốt hơn diesel khoáng. Khả năng
bôi trơn của nhiên liệu được đặc trưng bởi giá trị HFRR (high-frequency
receiprocating rig). Nói chung, giá trị HFRR càng thấp thì khả năng bôi trơn của
nhiên liệu càng tốt. Diesel khoỏng đó xử lý lưu huỳnh có giá trị HFRR ≥ 500 khi
không có phụ gia, nhưng giới hạn đặc trưng của diesel là 450. Vì vậy, diesel
khoáng yêu cầu phải có phụ gia để tăng khả năng bôi trơn. Ngược lại, giá trị HFRR
của biodiesel khoảng 200. Vì vậy, biodiesel còn như là một phụ gia rất tốt đối với
nhiên liệu diesel thông thường.
- Có khả năng phân hủy sinh học:
Biodiesel có khả năng phân hủy rất nhanh (phân hủy đến hơn 98% chỉ trong
21 ngày) nên rất tốt cho môi trường. Tuy nhiên, sự thuận lợi này yêu cầu sự chú ý
đặc biệt về quá trình bảo quản nhiên liệu.
SVTH: Nguyễn Văn Tín-HDK52-QN
12
Đồ án tốt nghiệp

- Khả năng thích hợp cho mùa đông:
Biodiesel rất phù hợp cho điều kiện sử dụng vào mùa đông, nó có thể làm
việc được ở nhiệt độ -20
o
C.
- An toàn về cháy nổ hơn so với diesel khoáng:
Biodiesel có nhiệt độ chớp cháy cao nên an toàn hơn trong tồn chứa và bảo
quản.
- Nguồn nguyên liệu tương đối dồi dào và tiềm năng,cú thể trồng được, có
khả năng tận dụng được phụ phẩm và phế thải của nông lâm ngư nghiệp:
Biodiesel có nguồn gốc từ dầu mỡ động thực vật nên có thể nuôi trồng và tái
tạo được. Nó tạo ra nguồn năng lượng độc lập với dầu mỏ, không làm suy yếu các
nguồn năng lượng tự nhiên, không gây ảnh hưởng tới sức khỏe con người và môi
trường… Chúng ta có thể tận dụng dầu mỡ thải từ ngành công nghiệp chế biến thức
ăn, mỡ cá, mỡ bũ… để làm nguyên liệu cho tổng hợp biodiesel. Phát triển nuôi
trồng những loại cây lấy dầu như cọ, jatropha, trẩu, cao su… và đặc biệt là vi tảo để
lấy dầu làm nguyờn liệu cho quá trình tổng hợp biodiesel, như vậy không những
không làm ảnh hưởng tới nền an ninh lương thực thế giới mà còn góp phần đẩy
mạnh sự phát triển của ngành công nghiệp năng lượng xanh (Green Energy).
- Ngoài sản phẩm chính của quá trình trao đổi este là biodiesel ,thì sản
phẩm phụ của quá trình còn là nguồn nguyên liệu cho tổng hợp hóa học:
Ngoài việc được sử dụng làm nhiên liệu, các alkyl este axit béo còn là nguồn
nguyên liệu quan trọng cho ngành công nghệ hóa học, sản xuất các rượu béo, ứng
dụng trong dược phẩm và mỹ phẩm, các alkanolamin isopropylic este, các polyeste
được ứng dụng như chất nhựa, chất hoạt động bề mặt…
 Nhược điểm của biodiesel:
- Giá thành khá cao:
Biodiesel thu được từ dầu thực vật đắt hơn so với nhiên liệu diesel thông
thường. Tuy nhiên, trong quá trình sản xuất biodiesel có thể tạo ra sản phẩm phụ là
glyxerin, là một chất có tiềm năng thương mại lớn vì có nhiều ứng dụng trong công

nghiệp sản xuất mỹ phẩm, dược phẩm, kem đánh răng, mực viết, nên có thể bù lại
phần nào giá cả cao của biodiesel. Trong tương lai không xa, vấn đề giá thành của
biodiesel sẽ được cải thiện đáng kể do sự phát triển của ngành nuôi trồng những loại
cây lấy dầu cung cấp nguyên liệu cho ngành công nghệp mới này, đặc biệt là một
nguồn nguyên liệu mới, vi tảo. Vi tảo hứa hẹn sẽ là một loại nguyên liệu mới đầy
triển vọng với tính kinh tế cao và năng suất cho dầu lớn nhất trong các loại cây
nguyên liệu (Điều này sẽ đề cập cụ thể trong phần nguyờn liệu cho quá trình tổng
hợp biodiesel bên dưới).
SVTH: Nguyễn Văn Tín-HDK52-QN
13
Đồ án tốt nghiệp
- Dễ phân hủy sinh học:
Biodiesel dễ phân hủy gấp 4 lần diesel khoáng [22] vỡ nó vẫn còn chứa các
gốc axit không no. Do đó vấn đề bảo quản tồn chứa phải được quan tâm.
- Có thể gây ô nhiễm:
Trên thế giới, tính cho tới thời điểm hiện tại, biodiesel vẫn được sản xuất chủ
yếu bằng phương pháp xúc tác bazơ đồng thể, do đó nếu quá trình sản xuất
biodiesel không đảm bảo, chẳng hạn rửa biodiesel không sạch thì khi sử dụng vẫn
gây ra các vấn đề về ô nhiễm do vẫn còn xà phòng, kiềm dư, metanol, glyxerin tự
do…cũng là những chất gây ô nhiễm.
1.1.4. Tiêu chuẩn chất lượng đối với biodiesel [13]
Bảng 1.1, 1.2 và 1.3 lần lượt đưa ra các chỉ tiêu chất lượng đối với biodiesel
(B100) và diesel pha trộn (B6 – B20) theo tiêu chất lượng của châu Âu và Mỹ.
Bảng 1.1: Tiêu chuẩn Châu Âu cho biodiesel
Chỉ tiêu Phương pháp
thử
Giới
hạn
dưới
Giới hạn

trên
Đơn vị
Hàm lượng este Pr EN 14103d 96,5 - % (m/m)
Khối lượng riêng tại 15
o
C EN ISO3675
EN ISO 12185
860 900 kg/m
3
Độ nhớt tại 40
o
C EN ISO 3104 3,5 5,0 mm
2
/s
Nhiệt độ chớp cháy EN ISO 3679 120 -
o
C
Hàm lượng lưu huỳnh EN ISO 20846 - 10,0 mg/kg
Hàm lượng nhựa tại 10% thể
tích chưng cất
EN ISO 10370 - 0,3 % (m/m)
Chỉ số xetan EN ISO 5165 51 - -
Hàm lượng tro sunphat ISO 3987 - 0,02 % (m/m)
Hàm lượng nước EN ISO 12937 - 500 mg/kg
Hàm lượng tạp chất EN 12662 - 24 mg/kg
Độ ăn mòn tấm đồng (3 giờ
tại 50
o
C)
EN ISO 2160 - 1 lớp

Độ ổn định oxy hóa tại
110
o
C
EN 14112 6,0 - giờ
Chỉ số axit EN 14104 - 0,5 mg KOH/g
Chỉ số Iot EN 14111 - 120 g I/100g
SVTH: Nguyễn Văn Tín-HDK52-QN
14
Đồ án tốt nghiệp
Hàm lượng metyl este của
axit linoleic
EN 14103d - 12 % (m/m)
Hàm lượng metyl este chứa
nhiều lien kết không no (≥4
liên kết đôi)
- 1 % (m/m)
Hàm lượng methanol EN 14110 - 0,2 % (m/m)
Hàm lượng monoglyxerit EN 14105m - 0,8 % (m/m)
Hàm lượng diglyxerit EN 14105 - 0,2 % (m/m)
Hàm lượng triglyxerit EN 14105 - 0,2 % (m/m)
Hàm lượng glyxerin tự do EN 14105 - 0,02 % (m/m)
Hàm lượng glyxerin tổng EN 14105 - 0,25 % (m/m)
Hàm lượng Natri & Kali EN 14108 - 5,0 mg/kg
Hàm lượng Canxi & Magie EN 14538 - 5,0 mg/kg
Bảng 1.2: Tiêu chuẩn chất lượng cho Biodiesel B100 theo tiêu chuẩn ASTM
6751 (USA)
Chỉ tiêu Phương
pháp thử
Giới hạn

dưới
Giới hạn
trên
Đơn vị
Nhiệt độ chớp cháy cốc kín D 93 93 -
o
C
Hàm lượng nước và cặn D 2709 - 0,05 % (v/v)
Hạn chế hàm lượng rượu
phải đạt được một trong hai
yêu cầu sau
1. Hàm lượng metanol
2. Nhiệt độ chớp cháy
EN 14110
D 93
-
130
0,2
-
% (m/m)
o
C
Độ nhớt động học tại 40
o
C D 445 1,9 6,0 mm
2
/s
Hàm lượng cặn sunphat D 874 - 0,02 % (m/m)
Hàm lượng lưu huỳnh tổng D 5453 - 0,05 % (m/m)
Độ ăn mòn tấm đồng D 130 - Mức 3 -

Chỉ số xetan D 613 47 - -
Nhiệt độ vẩn đục D 2500 Báo cáo
o
C
Hàm lượng cặn Cacbon D 4530 - 0,05 % (m/m)
Chỉ số axit D 664 - 0,05 mgKOH/
SVTH: Nguyễn Văn Tín-HDK52-QN
15
Đồ án tốt nghiệp
g
Hàm lượng glyxerin tự do D 6584 - 0,02 % (m/m)
Hàm lượng glyxerin tổng D 6584 - 0,24 % (m/m)
Hàm lượng photpho D 4951 - 0,001 % (m/m)
Hàm lượng Natri & Kali EN 14538 - 5 ppm
Hàm lượng Canxi & Magie EN 14538 - 5 ppm
Độ ổn định oxy hóa EN 15751 3 - Giờ
Hàm lượng lưu huỳnh
1. Mức S 15
2. Mức S 500
D 5453
D 5453
-
-
15
500
ppm
ppm
Nhiệt độ cất cuối D 1160 - 360
o
C

Bảng 1.3: Tiêu chuẩn chất lượng cho biodiesel B20 ASTM 7467
Chỉ tiêu
Phương
pháp thử
Giới hạn
dưới
Giới hạn
trên
Đơn vị
Nhiệt độ chớp cháy cốc kín D 93 53 -
o
C
Hàm lượng nước và cặn D 2709 - 0,05 % (v/v)
Độ nhớt động học tại 40
o
C D 445 1,9 4,1 mm
2
/s
Hàm lượng lưu huỳnh tổng D 5453 - 0,05 % (m/m)
Độ ăn mòn tấm đồng D 130 - Mức 3 -
Chỉ số xetan D 613 40 - -
Nhiệt độ vẩn đục D 6371 Báo cáo
o
C
Hàm lượng cặn Cacbon D 4530 - 0,35 % (m/m)
Chỉ số axit D 664 - 0,3 mgKOH/g
Hàm lượng tro D 482 - 0,01 % (m/m)
Độ ổn định oxy hóa EN 15751 6 - Giờ
Hàm lượng lưu huỳnh
3. Mức S 15

4. Mức S 500
D 5453
D 5453
-
-
15
500
ppm
ppm
Nhiệt độ cất cuối D 86 - 343
o
C
1.1.5. Tình hình sản xuất, tiêu thụ biodiesel trên thế giới và Việt Nam
 Trên thế giới
SVTH: Nguyễn Văn Tín-HDK52-QN
16
Đồ án tốt nghiệp
Năm 1893, khi phát minh ra động cơ diesel, nhà bác học Rudolf Diesel đó
dựng dầu lạc để thử nghiệm. Mặc dù lúc đó dầu thực vật chưa thật sự được quan
tâm, nhưng ụng đó cú một nhận xét như lời tiên tri về nguồn nhiên liệu sinh học
này: “Ngày nay việc sử dụng dầu thực vật làm nhiên liệu cho động cơ có thể chưa
được quan tâm đúng mức. Nhưng trong tương lai dầu thực vật sẽ trở nên quan trọng
như vai trò của sản phẩm dầu mỏ và than đá hiện nay ” [21]. Và thực tế sau gần 100
năm, khi mà các nguồn nhiên liệu hóa thạch ngày càng cạn kiệt, giá dầu mỏ ngày
càng đắt đỏ, và những yêu cầu ngày càng khắt khe hơn về môi trường, thì người ta
lại chú ý nhiều hơn đến nguồn nhiên liệu từ dầu thực vật, mỡ động vật.
Việc sử dụng trực tiếp dầu mỡ động thực vật làm nhiên liệu có nhiều nhược
điểm như: độ nhớt lớn (gấp 11 – 17 lần so với diesel dầu mỏ), độ bay hơi rất thấp
dẫn đến quá trình cháy không hoàn toàn, tạo cặn trong vòi phun, ngăn cản quá trình
phun, làm tắc vòi phun, làm đặc dầu nhờn do lẫn dầu thực vật Các vấn đề này là

do phân tử triglyxerit với kích thước và phân tử lượng lớn trong dầu mỡ gây ra. Do
vậy, người ta phải tìm cách khắc phục các nhược điểm đó, và tạo biodiesel là một
trong những giải pháp tốt.
Vào những năm 1980, biodiesel bắt đầu được nghiên cứu và sử dụng ở một
số nước tiên tiến. Đến nay, biodiesel đã được nghiên cứu và sử dụng rộng rãi ở
nhiều nước trên thế giới. Hiện nay có hơn 28 quốc gia tham gia nghiên cứu, sản
xuất và sử dụng biodiesel. Các nhà máy sản xuất chủ yếu nằm ở châu Âu và châu
Mỹ. Tại Mỹ, hầu hết lượng biodiesel được sản xuất từ dầu nành. Biodiesel được pha
trộn với diesel dầu mỏ với tỷ lệ 20% biodiesel và 80% diesel, dùng làm nhiên liệu
cho các xe buýt đưa đón học sinh ở rất nhiều thành phố của Mỹ. Hàng năm, Mỹ bán
ra gần hai tỷ gallon biodiesel. Tại Pháp, hầu hết nhiên liệu diesel được pha trộn với
5% biodiesel [20]. Trên 50% người dân Phỏp cú xe với động cơ diesel đã sử dụng
nhiên liệu pha biodiesel. Hơn 4000 phương tiện giao thông đã sử dụng nhiên liệu
B30, chạy hơn 200 triệu km mà không hề có một hỏng hóc nào liên quan đến sự vận
hành của động cơ. Sự tăng trưởng của sản lượng biodiesel trên toàn thế giới được
thể hiện một cách rõ rệt ở hình và bảng dưới đây:
SVTH: Nguyễn Văn Tín-HDK52-QN
17
Đồ án tốt nghiệp

Hình 1.1: Biểu đồ tăng trưởng sản lượng biodiesel trên toàn thế giới từ năm
2000 đến 2010 (triệu tấn) [12]
Theo biểu đồ hình 1.1 thì ta có thể thấy rằng sản lượng biodiesel tăng trưởng
theo cấp số nhân, từ nhỏ hơn 1 triệu tấn năm 2000 lên tới con số 16 triệu tấn năm
2010. Rõ ràng, EU đã thống trị sản lượng biodiesel toàn thế giới, điều này cũng có
thể giải thích một phần là do sự gia tăng về số lượng các nước thành viên của EU.
Tuy vậy, không thể phủ nhận một điều rằng EU là cốt lõi trung tâm sản xuất
biodiesel cho toàn thế giới, mà trong số đó không thể không nhắc đến các nước như
Đức, Pháp, tiếp đú Tõy Ban Nha,í…
Tại EU, việc sản xuất nhiên liệu sinh học tập trung chủ yếu vào sản xuất

biodiesel, sự phát triển này được đặc biệt thúc đẩy bởi các chính sách, chỉ thị và
mục tiêu phát triển kinh tế của EU được thông qua năm 2008. Các chính sách ưu đãi
thuế đối với nhiên liệu sinh học đã thể hiện khỏ rừ sự quan tâm của EU đối với
nguồn năng lượng mới này. Sản lượng Biodiesel được thể hiện cụ thể trong bảng
1.4:
SVTH: Nguyễn Văn Tín-HDK52-QN
18
Đồ án tốt nghiệp
Bảng 1.4: Sản lượng biodiesel và cân bằng kinh tế của EU từ 2005
đến 2011 (tấn) [7]
Năm Khởi đầu Sản
lượng
Nhập
khẩu
Tiêu thụ Xuất
khẩu
Kết thúc
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
*
100.000
148.000
701.000
596.000
1.457.406

1.892.578
1.402.578
2.845.000
4.435.000
6.196.000
7.326.000
8.704.000
8.962.000
8.791.000
0
91.000
820.000
2.533.406
1.947.172
2.083.000
1.750.000
2.747.000
3.958.000
7.069.000
8.939.000
10.150.00
0
11.432.00
0
10.835.00
0
50.000
15.000
25.000
59.000

66.000
103.000
100.000
148.000
701.000
596.000
1.457.406
1.892.578
1.402.578
1.008.578
Dòng biodiesel thương mại trên thế giới năm 2010, 2011 được thể hiợ̀n trờn
hình 1.2 và hình 1.3, kết quả cho thấy dòng dầu thương mại tập trung chủ yếu vào 2
thị trường lớn vẫn là Liên minh Châu Âu EU và Mỹ. Thị trường cho nhiên liệu sinh
học nói chung và nhiên liệu biodiesel tại Mỹ cũng khá rộng mở, Mỹ đã nhập một
lượng tương đối lớn biodiesel từ các nước như EU, Canada, Singapo, Argentina,
Indonesia, Malaysia…[12].
Bảng 1.5: Lượng biodiesel nhập khẩu của Mỹ qua các năm (nghìn tấn) [12]
2006 2007 2008 2009 20010 Thuế
Canada 8,3 17,3 59,0 67,4 35,0 0,00%
Malaysia 54,3 130,5 64,8 77,2 3,5 4,6%
Indonesia 25,6 186,0 280,1 12,5 0,1 4,6%
Argentina 0,0 40,9 540,6 83,8 0,0 4,6%
Singapore 3,1 32,6 102,3 9,8 0,0 0,00%
EU 10,3 7,6 9,8 7,0 5,7 4,6%
Khác 54,3 72,1 36,6 10,8 0,9
Tổng 156 487 1.093 269 45
SVTH: Nguyễn Văn Tín-HDK52-QN
19
Đồ án tốt nghiệp
Hình 1.2: Dòng bioiesel thương mại trên toàn cầu năm 2010 [12]

Hình 1.3: Dòng biodiesel thương mại trên toàn cầu năm 2011 [12]
SVTH: Nguyễn Văn Tín-HDK52-QN
20
Đồ án tốt nghiệp
 Tình hình trong nước
Trước sự phát triển mạnh mẽ nguồn nhiên liệu sinh học nói chung và
biodiesel nói riêng trên thế giới, các nhà khoa học Việt Nam cũng đã bắt tay vào
nghiên cứu và sản xuất biodiesel ở phòng thí nghiệm và quy mô sản xuất nhỏ. Việc
sản xuất biodiesel ở nước ta có nhiều thuận lợi, vì nước ta là một nước nông nghiệp,
thời tiết lại thuận lợi để phát triển các loại cây cho nhiều dầu như vừng, lạc, cải, đậu
nành, Tuy nhiên ngành công nghiệp sản xuất dầu thực vật ở nước ta vẫn còn rất
non trẻ, trữ lượng thấp, giá thành cao. Ngoài dầu thực, nguồn mỡ động vật cũng là
một nguồn nguyên liệu tốt để sản xuất biodiesel, giá thành mỡ động vật lại rẻ hơn
dầu thực vật rất nhiều. Một vài doanh nghiệp ở Cần Thơ, An Giang đã thành công
trong việc sản xuất biodiesel từ mỡ cá basa. Theo tính toán của các công ty này thì
biodiesel sản xuất từ mỡ cá có giá thành khoảng 7000 đồng/lớt (năm 2005). Công ty
TNHH Minh Tú cũng đã đầu tư xây dựng dây chuyền sản xuất tự động hoàn toàn và
khép kín, với tổng đầu tư gần 12 tỷ đồng, và đã ký hợp đồng xuất khẩu biodiesel
sang Campuchia [52]. Ngoài ra, một số viện nghiên cứu và trường đại học ở nước
ta, cũng đó cú những thành công trong việc nghiên cứu sản xuất biodiesel từ nhiều
nguồn nguyên liệu khác nhau như dầu cọ, dầu dừa, dầu bông, dầu hạt cải, dầu nành,
dầu hạt cao su, dầu ăn thải, mỡ cỏ, sử dụng xúc tác bazơ đồng thể và bước đầu
nghiên cứu với xúc tác bazơ dị thể, xúc tác zeolit.
Không chỉ cú cỏc nhà khoa học quan tâm, mà các nhà quản lý ở Việt Nam
cũng rất quan tâm đến nguồn nhiên liệu sinh học này. Đề án “Phỏt triển nhiên liệu
sinh học đến năm 2015, tầm nhìn 2020” do Bộ Công nghiệp chủ trì đã được chính
phủ phê duyệt để đi vào hoạt động. Ngoài việc phát triển nhiên liệu xăng pha cồn,
đề án còn đề cập đến việc phát triển nhiên liệu diesel pha với metyl este dầu mỡ
động thực vật (biodiesel), với mục tiêu đến năm 2010 nước ta sẽ làm chủ được công
nghệ sản xuất biodiesel từ các nguồn nguyên liệu sẵn có trong nước, và bước đầu

tiến hành pha trộn hỗn hợp B5. Bên cạnh đó, Bộ Khoa học và Công nghệ, Tổng cục
Tiêu chuẩn Đo lường chất lượng cũng rất quan tâm đến vấn đề “nhiờn liệu sinh
học”, và đã tổ chức hội nghị khoa học về etanol và biodiesel. Qua hội nghị, lãnh đạo
Tổng cục đó cú kiến nghị về việc sớm xây dựng và triển khai một đề án nghiên cứu
có định hướng tiêu chuẩn về nhiên liệu sinh học ở Việt Nam, trong đó có tiêu chuẩn
cho nhiên liệu biodiesel [21]. Vào đầu năm 2009, Trường Đại học Bách Khoa Hà
Nội cũng đã tổ chức Hội nghị quốc tế về “nhiờn liệu sinh học”. Hội nghị đã thu hút
được sự tham gia của nhiều nước như Pháp, Thái Lan, Ấn Độ, và các trường Đại
học lớn ở nước ta. Hội nghị đã có nhiều báo cáo khoa học về etanol sinh học và
biodiesel, với sự chú ý theo dõi và thảo luận sôi nổi của nhiều nhà khoa học đầu
ngành. Điều này cũng cho thấy sự quan tâm đặc biệt của các nhà khoa học trong
nước và quốc tế về nhiên liệu sinh học.
SVTH: Nguyễn Văn Tín-HDK52-QN
21
Đồ án tốt nghiệp
Cũng theo chương trình “Hợp tác phát triển kinh tế tiểu vùng Mekong”
(Greater Mekong Subregion Economic Cooperation Program), tạp chí 2009 Asian
Development Bank vào năm 2008, thì Việt Nam chỉ mới đang trong giai đoạn đầu
phát triển nhiên liệu sinh học. Kế hoạch phát triển tập trung chủ yếu vào phát triển
etanol sinh học từ tinh bột và mật đường, biodiesel từ mỡ cá da trơn và dầu thực
vật, cuối cùng là khí sinh học từ chất thải động vật. Căn cứ theo quyết định 177 QD-
TTg của chính phủ Việt Nam thỡ nhiờn liệu sinh học sẽ chiếm 1% nhu cầu nhiên
liệu cho ngành giao thông trong năm 2015 (ước tính khoảng 0,25 triệu tấn), và 5%
vào năm 2025, cũng theo quyết định này thì mục tiêu sản xuất Biodiesel sẽ đạt 0,15
triệu tấn năm 2015 và 1,2 triệu tấn năm 2025, jatropha và mỡ cá da trơn sẽ là
nguyên liệu chính cho sản xuất biodiesel ở Việt Nam [19].
1.2. DẦU MỠ THẢI VÀ TIỀM NĂNG NGUYÊN LIỆU CHO TỔNG HỢP
BIODIESEL
Sử dụng thế hệ nguyên liệu thứ nhất cho quá trình sản xuất biodiesel mặc dù
nguyên liệu rṍt dờ̃ chuyển hóa tạo biodiesel, tuy nhiên lại thể hiện rất nhiờ̀u bất cập

và hạn chế, đặc biệt là ảnh hưởng nghiêm trọng đến an ninh lương thực thế giới. Do
đó việc sử dụng những loại nguyên liệu thay thế đã và đang được quan tâm.
Một thực tế cho thấy hàng năm trên thế giới thải ra một lượng rất lớn dầu ăn
thải và mỡ động vật, nhất là ở các nước phát triển. Tái sử dụng dầu ăn, mỡ động vật
thải cho chế biến thức ăn có nguy cơ gây bệnh cho con người rất cao, đặc biệt là các
bợ̀nh vờ̀ tim mạch và ung thư. Tuy nhiên, nếu thải ra ngoài môi trường, nó sẽ gây ô
nhiễm môi trường. Một lít dầu ăn thải khi thải ra ngoài môi trường có khả năng làm
ô nhiễm 50 lít nước, làm giảm khả năng trao đổi chất của những loài sinh vật sống
trong môi trường nước, do đó gây hậu quả nghiêm trọng tới hệ sinh thái. Cơ quan
thông tin năng lượng của Hoa Kỳ EIA ước tính có khoảng 100 triệu galon dầu ăn
thải được thải ra mỗi ngày tại Mỹ. Và một con số tương tự đối với Canada (khoảng
135000 tṍn/năm ). Lượng dầu ăn thải ở các nước trong khối liên minh Châu Âu có
thể lên tới xấp xỉ 1 triợ̀u tṍn/năm [1]. Ở Việt Nam, hiện tại có hàng nghìn khách sạn,
nhà hàng, các cở sản xuất và chế biến thực phẩm lớn nhỏ, như vậy cũng đồng nghĩa
với mỗi ngày sẽ có một lượng không nhỏ dầu ăn thải được tạo ra. Để chứng minh
cho điều này, một khảo sát nhỏ cho thấy chỉ một nhà hàng nhỏ tại thành phố Hồ Chí
Minh mỗi ngày có thể thả ra từ 20 đến 30 kg dầu ăn thải, nhà máy chế biến mỳ ăn
liền Masan: 8-10 tṍn/tháng, Việt Nam Northern Viking Technologie: 1,2
tṍn/tháng [17, 18]. Quản lý tái sử dụng và phát thải dầu mỡ thải đang là một thách
thức lớn cho tất cả các nước.
Trong thời kỳ mà tất cả những nguồn năng lượng hóa thạch đang dần cạn
kiệt, giá của những loại nguyên liệu đang ngày càng tăng cao thì việc sản xuất các
loại nhiên liệu thay thế và giảm chi phí sản xuất nhiên liệu là mụ̣t cõu hỏi cho các
nhà khoa học. Sử dụng nguồn dầu mỡ thải cho quá trình tổng hợp nhiên liệu sinh
SVTH: Nguyễn Văn Tín-HDK52-QN
22
Đồ án tốt nghiệp
học biodiesel sẽ là một giải pháp mới, có thể giải quyết được đòng thời hai vấn đề:
môi trường và giá nhiên liệu. Theo hình 1.4, chi phí lớn nhất cho quá trình tổng hợp
biodiesel là phần nguyên liệu (chiếm hơn 70% tổng chi phí), do đó khi sử dụng dầu

mỡ thải làm nguyên liệu sẽ giảm được đáng kể chi phí sản xuất.
Hình 1.4: Phân bố chi phí của quá trình sản xuất biodiesel, % [1]
Tuy nhiên việc sử dụng dầu mỡ thải làm nguyờn liờu cho quá trình tổng hợp
biodiesel bằng phản ứng trao đổi este cần hết sức lưu ý đến tính chất của nguyên
liệu. Dầu mỡ đã qua sử dụng có một số tính chất tương đối khác so với dầu ban đầu.
Một số tính chất của dầu mỡ thải được trình bày cụ thể bên dưới.
 Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ đông đặc
Các loại mỡ khác nhau có thành phần hóa học khác nhau. Do vậy, chỳng cú
nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ đông đặc khác nhau. Các giá trị này không ổn định,
thường nằm trong một khoảng nào đó.
Trong thành phần mỡ động vật chủ yếu là các triglyxerit của các axit béo có
gốc hydrocacbon no nên nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ đông đặc của mỡ động vật
thường rất cao. Chúng thường đóng rắn ngay cả ở nhiệt độ thường. Nhiệt độ này
dao động trong khoảng từ 25-55
o
C.
Dầu ăn thường tồn tại ở dạng lỏng, nhiệt độ đông đặc thấp bởi chỳng cú hàm
lượng axit béo không no cao. Theo [1], hàm lượng này có thể đạt tới 56,03%.
 Màu sắc
Thành phần các hợp chất trong dầu mỡ quyết định màu sắc chúng. Mỡ tinh
khiết có màu vàng nhạt hoặc màu trắng ngà do carotenoit và các dẫn xuất của nó.
SVTH: Nguyễn Văn Tín-HDK52-QN
23
Đồ án tốt nghiệp
Dầu ăn thải thường có màu vàng sậm hoặc màu đen vỡ chỳng chứa rất nhiều các tạp
chất sau một “chu trỡnh” chiờn rỏn dài.
 Khối lượng riêng
Khối lượng riêng của mỡ động vật thường nhẹ hơn nước, d
20
=0,907-0,971,

mỡ càng chứa nhiờ̀u gụ́c hydrocacbon no thì khối lượng riêng càng cao. Dầu thực
vật thải thường lẫn nhiều tạp chất nên khối lượng riêng thường xấp xỉ khối lượng
riêng của nước.
 Chỉ số axit
Là số mg KOH cần thiết để trung hòa lượng axit béo tự do có trong 1g dầu
mỡ. Chỉ số axit của mỡ động vật không cố định, vì mỡ càng biến chất thì chỉ số axit
càng cao. Các loại dầu mỡ thải thường có chỉ số axit cao, trung bình khoảng 4,02
[1]. Bảng 1.6 đưa ra so sánh tính chất của dầu dầu ăn thải với dầu nguyên chất
Bảng 1.6: So sánh tính chất dầu ăn thải và dầu nguyên chất [1]
Tính chất
Dầu ăn
thải
Dầu canola
nguyên chất
Độ axit (mg KOH/g) 2.1 <0.5
Độ nhớt động học ở 40oC (cSt) 35.3 30.2
Hàm lượng axit béo (wt.%)
Myristic (C14:0) 0.9 1
Palmitic (C16:0) 20.4 42.8
Stearic (C18:0) 4.8 4.5
Oleic (C18:1) 52.9 40.5
Linoleic (C18:2) 13.5 10.1
Linolenic (C18:3) 0.8 0.2
Khác 6.7 0.9
 Hàm lượng các tạp chất cơ học
Trong dầu mỡ thải luụn cú chứa một lượng các tạp chất cơ học nhất định.
Các tạp chất này bị lẫn vào dầu mỡ trong quá trình giết mổ, sử dụng, bảo quản, vận
chuyển. Hàm lượng các tạp chất cơ học phụ thuộc vào nguồn gốc của dầu mỡ thải.
Đối với dầu ăn thải, các tạp chất cơ học lẫn trong dầu thường là những mẩu vụn
thực phẩm bị rơi ra trong quá trình chiên xào. Lượng tạp chất này thường rất lớn và

cần được làm sạch bằng cách lắng, lọc trước khi đưa vào thiết bị phản ứng.
 Hàm lượng nước
SVTH: Nguyễn Văn Tín-HDK52-QN
24
Đồ án tốt nghiệp
Nước lẫn trong dầu mỡ thải trong quá trình sử dụng, bảo quản, vận chuyển.
Với dầu thực vật thải hàm lượng nước thường cao hơn do trong quá trình chế biến
thực phẩm hoặc khi gom dầu, nước sẽ lẫn vào. Trong quá trình cracking nước sẽ
bay hơi lẫn vào sản phẩm cracking nên cần phân pha tách nước ra khỏi sản phẩm.
1.3. XÚC TÁC CHO QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP BIODIESEL
1.3.1. Bản chất của phản ứng trao đổi este
Về phương diện hóa học, quá trình trao đổi este còn gọi là quá trình rượu
hóa, có nghĩa là từ một phân tử triglyxerit trao đổi este với 3 phân tử rượu mạch
thẳng, tách ra glyxerin và tạo ra các ankyl este, theo phản ứng:
Thực chất quá trình chuyển hóa này gồm một loạt các phản ứng thuận nghịch
nối tiếp nhau. Tức là triglyxerit chuyển hóa từng bước thành diglyxerit, rồi từ
diglyxerit chuyển hóa tiếp thành monoglixerit và cuối cùng là glyxerin [10]:
Triglyxerit + ROH ⇔ diglyxerit + R
1
COOR
Diglyxerit + ROH ⇔ monoglyxerit + R
2
COOR
Monoglyxerit + ROH ⇔ glyxerin + R
3
COOR
Như vậy, sản phẩm của quá trình là hỗn hợp các alkyl este, glyxerin, ancol,
tri-, di-, monoglyxerin chưa phản ứng hết. Các monoglyrexit là nguyên nhân làm
cho hỗn hợp sản phẩm bị mờ đục.
Tác nhân trao đổi este - Rượu: Rượu được sử dụng trong các quá trình này

thường là các loại rượu đơn chức chứa khoảng từ 1 đến 8 nguyên tử cacbon:
metanol, etanol, butanol và amylalcol. Metanol và etanol là các loại rượu hay được
sử dụng nhất. Etanol có ưu điểm là sản phẩm của nông nghiệp, có thể tái tạo được,
dễ bị phân hủy sinh học, ít ô nhiễm môi trường. Nhưng metanol lại được sử dụng
nhiều hơn do giá thành thấp hơn rất nhiều (khoảng một nửa giá etanol), và cho phép
tách đồng thời pha glyxerin, do metanol là rượu mạch ngắn nhất và phân cực. Một
lý do nữa là trong phản ứng tổng hợp biodiesel người ta thường cho dư rượu, nên
việc thu hồi và tái sử dụng rượu có ý nghĩa rất lớn về kinh tế và bảo vệ môi trường.
Rượu metanol dễ thu hồi và tái sử dụng hơn etanol rất nhiều bởi nú khụng tạo hỗn
hợp đẳng phí với nước (trong khi etanol thì tạo hỗn hợp đẳng phí với nước). Như
vậy phản ứng sử dụng etanol phức tạp hơn, chi phí cao hơn vỡ nú yêu cầu lượng
SVTH: Nguyễn Văn Tín-HDK52-QN
25
R
1
COOCH
2
R
2
COOCH
R
3
COOCH
2
+ 3ROH
R
1
COOR
R
2

COOR
R
3
COOR
CH
2
- OH
CH- OH
CH
2
- OH
+

Dầu thực vật Glyxerin Rượu mạch thẳng Biodiezel