Tổng hợp diesel sinh học từ bã cà phê

LỜI CẢM ƠN
Qua thời gian làm Đồ Án Tốt Nghiệp tuy thời gian ngắn nhưng đã đem lại cho
tôi nhiều kiến thức mới và cũng cố lượng kiến thức cơ bản để tự tin trong học tập.
Qua đây tôi xin phép gửi lời cảm ơn đến:
Trường Đại học Bà RịaVũng Tàu và Khoa Hóa học và Công Nghệ Thực Phẩm
đã tạo ra môi trường học tập và nghiên cứu tốt.
ThS.Diệp Khanh đã hướng dẫn tận tình để tôi thực hiện đề tài nghiên cứu này.
KS. Nguyễn Văn Tới đã tạo mọi điều kiện cho tôi suốt thời gian thực hiện đồ
án.
Trong quá trình thực hiện và hoàn thành nghiên cứu tôi đã có nhiều cố gắng và
nỗ lực nhưng không thể tránh khỏi những sai sót. Vì vậy, tôi rất mong nhận được sự
đóng góp quý báu của thầy, cô để đồ án có thể hoàn thiện hơn và mang tính ứng
dụng tốt hơn.
Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn.

Vũng Tàu, ngày 1 tháng 7 năm 2016
Sinh viên thực hiện

Huỳnh Văn Bảo Thạnh

i


MỤC LỤ
DANH MỤC BẢNG ......................................................................................................
DANH MỤC HÌNH ......................................................................................................
TỪ VIẾT TẮT .............................................................................................................
LỜI MỞ ĐẦU ................................................................................................................
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT ...............................................................
1.1

Diesel sinh học. .......................................................................

1.1.1

Khái niệm. .........................................

1.1.2

Vai trò. ................................................

1.2

Các nguồn nguyên liệu để sản xuất diesel sinh học. ...............

1.2.1

Dầu thực vật. ......................................

1.2.2

Mỡ động vật. ......................................

1.3

Xúc tác sử dụng cho quá trình tổng hợp biodiesel. .................

1.3.1

Xúc tác axít. .......................................

1.3.2

Xúc tác bazơ. .....................................

1.3.3

Xúc tác dị thể. ....................................

1.4

Ứng dụng của biodiesel từ bã cà phê. ...................................

1.5

Các phương pháp định tính và định lượng của bã và dầu cà p

1.5.1

Các phương pháp định tính................

1.5.2

Các phương pháp định lượng. ...........

1.5.3

Một số chỉ tiêu quan trọng cho nguyê

1.5.4

Một số chỉ tiêu kĩ thuật cho sản phẩm

1.6

Các phương pháp tổng hợp biodiesel. ...................................

1.6.1

Khuấy gia nhiệt và nhiệt đồng thể. ...

1.6.2

Nhiệt dị thể. ......................................

ii


1.6.3 Sóng siêu âm.................................................................................................. 18
1.6.4 Vi sóng........................................................................................................... 19
1.6.5 Sử dụng môi trường ancol siêu tới hạn........................................................... 19
1.6.6 Một số công nghệ sản xuất biodiesel thông dụng........................................... 19
1.7

Cơ chế cho phản ứng cho phản ứng trao đổi..................................................... 23

1.7.1 Với xúc tác axít.............................................................................................. 23
1.7.2 Với xúc tác bazơ............................................................................................ 25
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM.................................................................................. 27
2.1

Phương tiện nghiên cứu.................................................................................... 27

2.1.1 Dụng cụ, thiết bị............................................................................................. 27
2.1.2 Nguyên liệu.................................................................................................... 28
2.1.3 Hóa chất......................................................................................................... 30
2.2

Phương pháp nghiên cứu................................................................................... 30

2.2.1 Các chỉ tiêu cho nguyên liệu và xử lý nguyên liệu......................................... 30
2.2.2 Phương pháp tổng hợp biodiesel.................................................................... 37
2.2.3 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng tranester hóa xúc tác
KOH....................................................................................................................... 39
2.2.4 Phương pháp xử lí số liệu............................................................................... 39
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.............................................................. 42
3.1

Kết quả quá trình trích ly dầu cà phê bằng dung môi n-hexan..........................42

3.1.1 Các thành phần axít béo có trong dầu cà phê................................................. 43
3.1.2 Chuẩn độ axít cho dầu cà phê......................................................................... 44
3.1.3 Tính độ nhớt động học của dầu cà phê........................................................... 44
3.1.4 Tính tỉ trọng của dầu cà phê........................................................................... 44
3.1.5 Chuẩn độ xác định chỉ số xà phòng hóa......................................................... 45

iii


3.1.6 Xác định hàm lượng nước có trong dầu cà phê.............................................. 45
3.2

Quá trình tranester hóa xúc tác KOH................................................................ 48

3.2.1 Chuẩn độ axít cho sản phẩm biodiesel........................................................... 49
3.2.2 Tính độ nhớt động học của biodiesel.............................................................. 49
3.2.3 Chuẩn độ peroxit cho sản phẩm biodiesel...................................................... 50
3.3

Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng........................51

3.3.1 Ảnh hưởng của tỉ lệ mol methanol/dầu.......................................................... 51
3.3.2 Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác KOH....................................................... 52
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ..................................................................................... 55
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 57

iv


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Thông số của các loại xúc tác để tổng hợp biodiesel....................................9
Bảng 1.2. So sánh các điều kiện công nghệ của xúc tác kiềm và xúc tác enzyme......10
Bảng 1.3. Thành phần của bã cà phê.......................................................................... 11
Bảng 1.4. Thành phần axít béo có trong dầu cà phê................................................... 12
Bảng 2.1. Dụng cụ, thiết bị cần sử dụng trong nghiên cứu......................................... 27
Bảng 2.2. Các hóa chất dùng trong nghiên cứu.......................................................... 30
Bảng 2.3. Các điều kiện tối ưu cho phản ứng chuyển hóa axít béo tự do...................33
Bảng 3.1. Thành phần axít béo có trong dầu cà phê................................................... 43
Bảng 3.2. Kết quả chuẩn độ axít của dầu cà phê......................................................... 44
Bảng 3.3. Kết quả đo độ nhớt động học của dầu cà phê............................................. 44
Bảng 3.4. Kết quả chuẩn độ xà phòng của dầu cà phê................................................ 45

Bảng 3.5. Các chỉ tiêu chất lượng của dầu phê........................................................... 46
Bảng 3.6. Kết quả chuẩn độ axít của giai đoạn ester hóa xúc tác H 2SO4....................47
Bảng 3.7. Kết quả chuẩn độ axít của biodiesel........................................................... 49
Bảng 3.8. Kết quả đo độ nhớt động học của biodiesel................................................ 49
Bảng 3.9. Kết quả chuẩn độ peroxit của biodiesel...................................................... 50
Bảng 3.10. Các tính chất hóa lý của biodiesel từ bã cà phê......................................... 50
Bảng 3.11. Kết quả khảo sát tỉ lệ methanol/dầu đến hiệu suất phản ứng.....................51
Bảng 3.12. Kết quả khảo sát hàm lượng KOH đến hiệu suất phản ứng.......................52
Bảng 3.13. Thành phần biodiesel................................................................................. 53
Bảng 4.1. Các thông tối ưu cho phản ứng xảy ra........................................................ 55

v


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Các nguồn nguyên liệu cho sản xuất biodiesel............................................. 4
Hình 1.2. Phổ đồ HPLC của dầu cà phê..................................................................... 12
Hình 1.3. Thiết bị trích ly Soxlet bằng dung môi hexan............................................. 13
Hình 1.4. Sơ đồ cho quá trình tận dụng nguồn nguyên liệu........................................ 20
Hình 1.5. Sơ đồ chung để tổng hợp biodiesel từ dầu thực vật....................................21
Hình 1.6. Sơ đồ sản xuất biodiesel theo công nghệ gián đoạn.................................... 22
Hình 1.7. Sơ đồ sản xuất biodiesel theo công nghệ liên tục....................................... 22
Hình 2.1. Hệ thống trích ly Soxlet để lấy dầu cà phê................................................. 28
Hình 2.2. Hệ thống tách dung môi n-hexan................................................................ 28
Hình 2.3. Nguyên liệu................................................................................................ 29
Hình 2.4. Bã cà phê thu được..................................................................................... 29
Hình 2.5. Sơ đồ khối quá trình trích ly dầu cà phê thô............................................... 31
Hình 2.6. Thiết bị phản ứng chính của phản ứng tranester hóa xúc tác KOH.............37
Hình 2.7. Sơ đồ khối phản ứng tranester hóa xúc tác bazo......................................... 38
Hình 3.1. Dầu cà phê để ngoài không khí để bay hơi................................................. 42

Hình 3.2. Bã cà phê sau khi trích ly............................................................................ 42
Hình 3.3. Dầu cà phê ở giai đoạn ester hóa xúc tác H2SO4........................................ 47
Hình 3.4. Các chất cặn, sáp, axít béo đươc tách ra khỏi dầu....................................... 48
Hình 3.5. Biodiesel được phân tách trong phễu chiết................................................. 48
Hình 3.6. Ảnh hưởng của tỉ lệ mol methanol/dầu đến hiệu suất phản ứng.................51
Hình 3.7. Ảnh hưởng của KOH đến hiệu suất phản ứng............................................ 52
Hình 3.8. Phổ GC-MS của biodiesel.......................................................................... 53

vi


TỪ VIẾT TẮT
B100: không hổn nhiên liệu không pha thêm bất kì thành phần diesel nào
JIS: Tiêu chuẩn công nghiệp Nhật Bản
EN: Tiêu chuẩn Châu Âu
ISO: Tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tế
ASTM: Tiêu chuẩn theo hiệp hội ô tô của Mỹ
FAME: Thành phần axít béo của rượu và methanol
CBDF: Coffe Bio Diesel Fatty
GC-MS: Sắc kí khí

vii


Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2012-2016

Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu

LỜI MỞ ĐẦU
A. Đặt vấn đề

Ngày nay quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đang ngày càng phát triển đối
với đất nước ta là một vấn đề đáng mừng, vì nó làm giảm sự mệt nhọc của con người,
các sản phẩm làm ra phục vụ con người ngày một nhiều hơn. Song kèm theo đó là vấn
đề ô nhiễm môi trường, biến đổi khí hậu như: khói thải nhà máy, khu công nghiệp, khí
thải giao thông. Khí thải là nguyên nhân trực tiếp gây ra những biến đổi khí hậu, hiệu
ứng nhà kính và hàng loạt các vấn đề về môi trường.
Nhiều nỗ lực đã và đang được thực hiện nhằm tìm kiếm những nguồn năng
lượng thay thế. Trong đó, một trong những nguồn năng lượng mới đang được quan tâm
hiện nay là nhiên liệu sinh học (NLSH). Ðây là nguồn năng lượng không cạn kiệt, nó
mang lại nhiều lợi ích như đảm bảo an ninh năng lượng và đáp ứng được các yêu cầu
về môi trường.
Ở

Việt Nam có nhiều nghiên cứu về nguồn nhiên liệu sạch, thân thiện với môi

trường từ nguồn nguyên liệu có sẵn mà người ta hay bỏ đi như: mỡ cá tra, cá basa, dầu
mỡ đã qua sử dụng, dầu tự hạt cao su, từ hạt jatropha,..... Ngoài ra, nước ta còn là nước
xuất khẩu cà phê hàng đầu thế giới, vì nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa nên
cây cà phê có thể phát triển tốt trong điều kiện này, kèm theo đó việc kinh doanh của
các quán cà phê cũng rất phát triển ở những thành phố năng động, thủ phủ cà phê nên
lượng tiêu thụ cà phê cũng khá nhiều, bã cà phê từ đó cũng nhiều lên. Nắm bắt được
xu hướng để tận dụng nguồn nguyên liệu đem bỏ đi này tôi xin nghiên cứu đề tài
“ Tổng hợp diesel sinh học từ bã cà phê” nhằm tìm hiểu các yếu tố cần thiết để đi vào
ứng dụng cho quá trình sản xuất diesel sinh học.
B. Mục tiêu của đề tài
+ Tận dụng lượng cà phê bỏ đi để làm nhiên liệu sạch thân thiện với môi
trường.
+

Trích ly bằng dung môi không phân cực nhằm lấy được các thành phần có

trong bã cà phê.
+

Tìm hiểu các thành phần hóa học, tính chất hóa lý của dầu phê.

+

Tìm hiểu và thực hiện các phương pháp tổng hợp nên biodiesel từ bã phê.

Nghành Công Nghệ Kĩ Thuật Hóa Học

1

Khoa Hóa Học Và CNTP


Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2012-2016

+

Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu

Kiểm tra các tính chất hóa lý của biodiesel thành phẩm.

+ Xác định các thành phần có trong biodiesel thành phẩm bằng phương
pháp
sắc kí ghép khối phổ (GC-MS).

Nghành Công Nghệ Kĩ Thuật Hóa Học

2

Khoa Hóa Học Và CNTP


Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2012-2016

Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
1.1

Diesel sinh học

1.1.1 Khái niệm
Biodiesel hay diesel sinh học là thuật ngữ dùng để chỉ loại nhiên liệu dùng cho
động cơ diesel được sản xuất từ dầu thực vật và mỡ động vật.
Biodiesel thường được điều chế bằng phản ứng transester chuyển đổi hay ester
hóa của các triglyxerit, axít tự do với rượu bậc nhất no, đơn chức chứa từ 1 – 8 nguyên
tử carbon. Thông dụng hay dùng là methanol.
Vì vậy, biodiesel được xem là các ankyl ester, thông dụng nhất là metyl ester
tạo thành từ dầu mỡ động, thực vật. Các axít béo trong dầu, mỡ có số carbon tương
đương với số phân tử có trong dầu diesel, hơn nữa cấu trúc của mạch axít này là mạch
thẳng nên có chỉ số xetan cao. Đó là lý do chính để chọn dầu thực vật, mỡ động vật
làm nguyên liệu sản xuất biodiesel. [1,2]
1.1.2 Vai trò

1.2

a.

Thay thế nguồn nhiên liệu hóa thạch ngày càng cạn dần.

b.

Giải quyết các vấn đề về biến đổi khí hậu.

c.

Tăng cường an ninh năng lượng quốc gia.

d.

Tăng trưởng kinh tế cho đất nước

Các nguồn nguyên liệu để sản xuất diesel sinh học

Kể từ khi động cơ diesel được phát minh ra thì nguyên liệu được sử dụng đầu
tiên là dầu thực vật. Nhưng nguyên liệu dầu thực vật đã không được lựa chọn do giá
thành đắt hơn so với diesel. Nhưng do sự phát triển nhanh và sự tăng giá của dầu mỏ
và sự hạn chế về số lượng, nên nhiên liệu dầu thực vật được quan tâm và có khá năng
thay thế cho nhiên liệu hóa thạch trong tương lai gần.
Dầu thực vật sử dụng cho quá trình phản ứng phải có chỉ số axít thấp hơn 2 mg
KOH/g dầu. Nhưng đối với dầu thực vật thô và dầu thải có nhiều tạp chất nên cần phải
tinh chế để loại bỏ tạp chất, axít béo.[2]

Nghành Công Nghệ Kĩ Thuật Hóa Học

3

Khoa Hóa Học Và CNTP


Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2012-2016

Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu

Các nguồn nguyên liệu có thể là lương thực và phi lương thực.
Ví dụ: Lương thực: Mỡ cá tra, tảo, mỡ bò, thầu dầu, lạc, vừng…..
Phi lương thực: Dầu thải, bã cà phê, bông, hướng dương…

a. Dầu thải

b. Hạt jotropha

c. Bã cà phê

Hình 1.1. Các nguồn nguyên liệu cho sản xuất biodiesel.

1.2.1 Dầu thực vật
Các nguyên liệu dầu thực vật để sản xuất diesel sinh học là: dầu đậu nành, cà
phê, dầu cọ, dầu dừa, ngô, jatropha, cọ dầu… tùy vào điều kiện từng nước mà diesel
sinh học được sản xuất từ nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau .
Dầu thực vật khi sử dụng cho quá trình tổng hợp nên biodiesel thì phải đạt chỉ
số axít cho phép thấp hơn 2 mg KOH/g dầu. Đối với các loại dầu thải thì phải qua quá
trình loại bỏ đi các tạp chất nhằm hạn chế chỉ số axít để ngăn khả năng ăn mòn cho
động cơ và sử dụng quá trình trung hòa kiềm.
a.

Thành phần chính của dầu thực vật

 Lipit: Là chất hòa tan tốt trong dung môi không phân cực, không tan
trong

nước.



Triglyxerit: Là ester của rượu 3 chức của glyxerol và các axít béo. Các axít

béo trong dầu thực vật được chia làm 2 loại: axít béo no và axít béo không no chứa 1,
2 hoặc 3 nối đôi. Về cấu tạo axít béo là những axít cacboxylic mạch thẳng có cấu tạo
từ 6- 30 nguyên tử cacbon. Triglyxerit là thành phần chiếm 90 -98% trong quả và hạt
dầu.

Nghành Công Nghệ Kĩ Thuật Hóa Học

4

Khoa Hóa Học Và CNTP


Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2012-2016

Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu

R1COOCH2
R2COOCH
R3COOCH2

Trong đó: R1, R2, R3 là các gốc alkyl của các axít béo. Khi chúng có cấu tạo
giống nhau thì gọi là glyxerol đồng nhất, nếu chúng có cấu tạo khác nhau thì gọi là
glyxerol hổn tạp.

 Photpholipit: Là dẫn xuất của triglyxerit, photpholipit kết hợp được với
nước và mất khả năng hòa tan trong dầu tạo kết tủa lắng xuống.

 Sáp: Là ester của axít béo mạch cacbon dài với rượu 1 hoặc 2 chức. Sự
có

mặt của sáp trong dầu làm đục vì nó không lắng được mà ở trạng thái lơ lửng.

 Ngoài ra trong thành phần của dầu thực vật còn có glyxerol, nằm ở dạng kết
hợp với các glyxerol.

b. Một số tính chất vật lí của dầu thực vật

 Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ đông đặc: Các loại dầu khác nhau thì có

nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ đông đặc khác nhau. Các giá trị này không phải là một
số cố định mà là một khoảng.

 Tính tan: Dầu không phân cực nên tan tốt trong dung môi không phân cực,
tan ít trong rượu, không tan trong nước (nước là dung môi phân cực). Độ tan của dầu
phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ.

 Màu của dầu: Phụ thuộc vào thành phần các hợp chất có trong dầu. Dầu tinh
khiết không màu, dầu có màu vàng là do các carotennoit và các dẫn xuất, dầu có
màu xanh là của clorophin...



Độ nhớt: Dầu thực vật ở nhiệt độ thường, có độ nhớt cao hơn diesel khoáng
vài chục lần, khi tăng nhiệt độ thì độ nhớt của dầu thực vật giảm nhanh.

 Trị số xetan: Độ nhớt của dầu thực vật cao hơn độ nhớt của diesel .
Muốn

tăng trị số xetan cho dầu thực vật nên chuyển thành ester dầu thực vật.

 Khối lượng riêng: Khối lượng riêng của dầu thực vật thường nhẹ hơn
nước


Nghành Công Nghệ Kĩ Thuật Hóa Học

5

Khoa Hóa Học Và CNTP


Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2012-2016

20

Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu

3

d 4 0, 07 0, 71 g/cm , dầu có thành phần hydrocarbon và càng no thì tỷ trọng càng

cao.
c. Một số phản ứng hóa học của dầu thực vật

 Phản ứng thủy phân: Các triglixerit bị thủy phân bởi nước theo phương
trình

1.1 sau:
CH2 OH

R1COOCH

CH OH

R2COOCH

( 1.1)

CH2 OH

R3COOCH

 Phản ứng xà phòng hóa: Nếu trong quá trình thủy phân có mặt kiềm (KOH,
NaOH) thì axít sẽ tạo phản ứng với kiểm tạo thành xà phòng theo phương trình 1.2.
RCOOH + NaOH

(1.2) Phản ứng xà phòng hóa và

RCOONa + H2O

phản ứng thủy phân là hai phản ứng không mong muốn trong quá trình tổng hợp diesel, vì

nó làm giảm hàm lượng triglyxerit, giảm hiệu

suất tạo diesel, còn có thể kết khối làm giảm khả năng tiếp xúc giữa các chất, thậm chí
gây đông đặc phản ứng. Do đó cần hạn chế hai quá trình trên.



Phản ứng cộng hợp: Trong điều kiện thích hợp thì các axít béo không no sẽ

cộng hợp với chất khác như: hidro, halogen…theo phương trình 1.3.
Khi cộng hydro ở điều kiện nhiệt độ thích hơp, áp suất cao, xúc tác thích hợp
thì phản ứng nhằm làm giảm số nối đôi trong mạch carbon. Ngoài ra phản ứng này còn
có tác dụng giữ cho dầu không bị trở mùi khi bảo quản.
CH

CH

 Phản ứng ester hóa

+ H2

CH2

CH2

(1.3)

Các glyxerol trong điều kiện có mặt của xúc tác axít mạnh (H 2SO4, HCl) hoặc
bazo mạnh (NaOH, KOH) sẽ xảy ra phản ứng trao đổi ester hóa với rượu bậc một
(ethanol, methanol…) để tạo thành alkyl ester của axít béo và các glyxerol.

Nghành Công Nghệ Kĩ Thuật Hóa Học

6

Khoa Hóa Học Và CNTP


Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2012-2016

Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu

CH2-O-CO-R1

CH-O-CO-R

2

+ 3 CH3OH

CH2-O-CO-R3

Thực chất quá trình chuyển hóa này này gồm một loạt các phản ứng thuận
nghịch nối tiếp nhau. Tức là triglyxerit chuyển hóa từng bước thành diglyxerit,
(1.5)
rồi từ diglyxerit chuyển hóa tiếp thành monoglyxerit và cuối cùng là glyxerol:

Triglyxerit

+ ROH

Diglyxerit

+ R1COOR

Diglyxerit + ROH
Monoglyxerit + ROH
Hỗn hợp cuối cùng của phản ứng là hỗn hợp của nhiều hợp chất như alkyl ester,
glyxerol, ancol, tri-, đi- mono. Nên sản phẩm sau cùng sẽ có màu đục. Đây là phản ứng
tổng hợp diesel, nó có ý nghĩa thực tế rất lớn vì sản phẩm của quá trình này (alkyl
ester) được sử dụng làm nhiên liệu sẽ làm giảm đáng kể ô nhiểm môi trường. Mặt khác,
glyxerol thu được cũng có giá trị kinh tế cao.



Phản ứng oxy hóa: Dầu thực vật chứa nhiều loại axít béo không no nên dễ bị oxi
hóa bởi các tác nhân oxy hóa, phần lớn xảy ra tại các nối đôi. Khi gặp không khí trong
môi trường có thể xảy ra quá trình oxy hóa làm biến chất dầu.

 Sự ôi chua dầu mỡ: Trong dầu có chứa nước, vi sinh vật, các men thủy

phân,…. Nên trong quá trình thủy phân thường phát sinh những biến đổi làm ảnh
hưởng đến màu sắc, mùi vị của dầu.
1.2.2 Mỡ động vật
Mỡ động vật là một trong những nguyên liệu rẻ tiền cho sản xuất biodiesel. Một
số loại như: Mỡ cá tra, cá basa, mỡ bò, mỡ gà…trong đó thành phần chủ yếu là các các
triglyxerit, diglyxerit, monoglyxerit và các axít béo tự do. Nên có thể tham gia phản
ứng ester hóa với các rượu bậc một để tạo biodiesel.[2,3]

Nghành Công Nghệ Kĩ Thuật Hóa Học

7

Khoa Hóa Học Và CNTP


Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2012-2016

1.3

Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu

Xúc tác sử dụng cho quá trình tổng hợp biodiesel

1.3.1 Xúc tác axít
Xúc tác axít chủ yếu là xúc tác Bronsted như H 2SO4, HCl,...xúc tác này là đồng
thể trong pha lỏng. Phương pháp xúc tác đồng thể này đòi hỏi nhiều năng lượng cho
quá trình tinh chế sản phẩm. Các xúc tác axít cho độ chuyển hóa thành ester cao nhưng
o

phản ứng chỉ đạt độ chuyển hóa cao khi nhiệt độ cao trên 100 C và thời gian phản ứng
lâu hơn, ít nhất trên 6 giờ mới đạt độ chuyển hóa hoàn toàn.[1,2,3]
1.3.2 Xúc tác bazơ
Xúc tác bazơ trong quá trình chuyển hóa ester dầu thực vật có thể là xúc tác
đồng thể trong pha lỏng như: KOH, NaOH, K2CO3, CH3ONa,…. Trong đó xúc tác
CH3ONa có độ chuyển hóa cao nhất, thời gian phản ứng ngắn nhất, nhưng yêu cầu
không được có mặt của nước vì gây khó khăn cho các quá trình công nghiệp.
1.3.3 Xúc tác dị thể
Xúc tác đồng thể bazơ cho hiệu suất biodiesel cao, tuy nhiên gặp phải một số

khó khăn như: Quá trình lọc rửa sản phẩm biodiesel khó khăn. Xúc tác không tái sử
dụng hay tái sinh được mất nhiều chi phí để xử lý môi trường vì sau mỗi lần phản ứng,
hỗn hợp phải thải bỏ đi. Để khắc phục nhược điểm đó, ta tìm ra xúc tác dị thể. Trong
các loại xúc tác dị thể có các loại điển hình sau:
a. Xúc tác MgO
Đây là xúc tác bazơ, xảy ra ở dạng rắn. Hiệu suất sản phẩm (biodiesel) thu được
thấp hơn gấp 10 lần so với NaOH, KOH. Để nâng cao hiệu suất cho MgO thì ta sẽ hoạt
hóa chúng bằng NaOH. Dị thể hóa xúc tác dẫn đến dễ lọc rửa sản phẩm, mặt khác lại
còn dễ tái sinh tiết kiệm được kinh tế, giảm ô nhiễm môi trường.
b. Xúc tác Na/NaOH/γ-Al 2 O3
Hệ xúc tác này cho hiệu suất biodiesel cao trên 80%, nếu sử dụng thêm dung
môi n-hexan thì có thể cho hiệu suất đến 94%.
Để tạo ra được hệ xúc tác trên ta trộn Na và NaOH với

Nghành Công Nghệ Kĩ Thuật Hóa Học

8

Al2 O3 sau đó thổi

Khoa Hóa Học Và CNTP


Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2012-2016

Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu

0

dòng nitơ ở 320 C vào hỗn hợp đó. Các tính chất của hệ xúc tác được thể hiện ở bảng

1.1.
Bảng 1.1. Thông số của các loại xúc tác để tổng hợp biodiesel.

NaOH /
Na /
Na / NaOH /

c. Xúc tác HZSM-5
Đặc điểm của xúc tác loại này là tỉ lệ Si/Al=18, bề mặt riêng là 3 3 m2/g. Xúc
tác loại này thường được sử dụng trong phản ứng điều chế biodiesel theo phương pháp
hydrocracking.
d. Xúc tác Rh-Al 2 O3
Xúc tác này thường được sử dụng trong phản ứng hydrocraking dầu đậu nành.
Sản phẩm thu được ngoài biodiesel còn có xăng và các sản phẩm khác.
e. Xúc tác enzyme
Các enzyme nhìn chung là xúc tác sinh học có đặc tính pha nền, đặc tính nhóm
chức và đặc tính lập thể trong môi trường nước. Các phản ứng trao đổi ester sử dụng
enzyme sẽ vượt qua các trở ngại về các quá trình hóa học phức tạp như: Các sản phẩm
có thể methanol, glyxerol được tách ra một cách dễ dàng, cách axít béo tự do được
chuyển thành metyl ester một cách hoàn toàn .
Ưu điểm của xúc tác enzyme là : Độ chuyển hóa cao, thời gian phản ứng ngắn,
quá trình tinh chế đơn giản.
Nhược điểm: Chưa được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp nên giá thành đắt
đỏ.[1,2,3]


Nghành Công Nghệ Kĩ Thuật Hóa Học

9

Khoa Hóa Học Và CNTP


Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2012-2016

Bảng 1.2. So sánh các điều kiện công nghệ của xúc tác kiềm và xúc tác e

Nhiệt độ phản ứng
Các axít béo tự do trong
nguyên liệu
Nước trong nguyên liệu
Hiệu suất
Thu hồi glyxerol
Làm sạch sản phẩm
Giá thành
1.4

Ứng dụng của biodiesel từ bã cà phê
Cải thiện đáng kể chất lượng nhiên liệu và hiệu suất động cơ ô-tô, cải thiện tính

năng của dầu diesel truyền thống về tính bôi trơn và trị số xetane.
Ethanol có thể dùng để nâng trị số octane của xăng. Trong thực tế, ở mức hàm
lượng thấp (<5%) trong hỗn hợp với xăng hoặc dầu diesel, ethanol và biodiesel có vai
trò như là những phụ gia cải thiện chất lượng nhiên liệu.


Nghành Công Nghệ Kĩ Thuật Hóa Học

10

Khoa Hóa Học Và CNTP


Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2012-2016

1.5

Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu

Các phương pháp định tính và định lượng của bã và dầu cà phê

1.5.1 Các phương pháp định tính

Trong bã cà phê có nhiều thành phần cần phân tích như: Độ ẩm, cacbon, nitơ,
protein,….được thể hiện ở bảng 1.3.

Bảng 1.3. Thành phần của bã cà phê.

Hàm lượng C có trong bã cà phê cao nên có thể tận dụng làm than hoạt tính.
Hàm lượng tro, nhiệt trị cho ta thấy được tận dụng được nguồn nguyên liệu này
làm than đốt cung cấp nhiệt lượng cho các lĩnh vực dân dụng.[9]

 Trong bã cà phê có thành phần là các hợp chất glyxerol như: monoglyxerit,
diglyxerit, triglyxerit, axit béo tự do.

Thành phần glyxerol được phân tích bằng máy HPLC để định lượng được thành
phần có trong hỗn hợp của chúng.
Nhóm tác giả Mano Misra đã phân tích chúng như hình. Ta thấy trong thành
phần của dầu cà phê chứ nhiều triglyxerit (TG) là yếu tố quyết định nên sự tạo thành
biodiesel chúng có cường độ cao, axit béo tự do có dầu có cường độ yếu đa số chúng

nằm ở dạng kết hợp.[12]


Nghành Công Nghệ Kĩ Thuật Hóa Học

11

Khoa Hóa Học Và CNTP


Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2012-2016

Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu

FFA: Axit béo tự do

MG: Monoglyxerit
Cường độ

DG: Điglyxerol
TG: Triglyxerit.

Thời gian lưu (phút)
Hình 1.2. Phổ đồ HPLC của dầu cà phê.

Ngoài các thành phần được phân tích còn có thành phần quan trọng khác là các axít
béo (FAME). Các axít trong dầu cà phê được phân tích bằng phương pháp sắc kí ghép

khối phổ (GC-MS) được thể hiện ở bảng 1.4.
Bảng 1.4. Thành phần axít béo có trong dầu cà phê.

Tên axít
Axít capric (C10:0)
Axít lauric (C12:0)
Axít myristic (C14:0)
Axít plamitic (C16:0)
Axít margaric (C17:0)
Axít arachidic (C20:0)
Axít oleic (C18:1)
Axít linoleic (C18:2)
Axít eicosedienoic (C20:2)
Axít eicosatrienoic (C20:3)


Thành phần FAME của CBDF chủ yếu là C10 đến C20. Thành phần C18:1
chiếm nhiều nhất (58,21%) tiếp đến là C16:0 (28,44%). Tổng hai thành phần này
chiếm đến 86% và những thành phần còn lại chỉ tồn tại ở dạng lượng vết. Hàm lượng

Nghành Công Nghệ Kĩ Thuật Hóa Học

12

Khoa Hóa Học Và CNTP