Nghiên cứu tổng hợp dầu nhờn sinh học, sử dụng xúc tác cacbon hóa mao quản trung bình từ nguồn vỏ trấu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
NGUYỄN

QUANG DUY

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

NGUYỄN QUANG DUY
KỸ THUẬT HÓA HỌC

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP DẦU NHỜN SINH HỌC,
SỬ DỤNG XÚC TÁC CACBON HÓA MAO QUẢN TRUNG BÌNH
TỪ NGUỒN VỎ TRẤU

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT HÓA HỌC

KHÓA
2016A

Hà Nội – Năm 2018

HVTH: Nguyễn Quang Duy a


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

Nguyễn Quang Duy

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP DẦU NHỜN SINH HỌC, SỬ DỤNG XÚC TÁC
CACBON HĨA MAO QUẢN TRUNG BÌNH TỪ NGUỒN VỎ TRẤU

Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT HÓA HỌC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS Nguyễn Khánh Diệu Hồng

Hà Nội – Năm 2018

HVTH: Nguyễn Quang Duy b


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng, các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là
trung thực và chƣa đƣợc cơng bố dƣới bất cứ hình thức nào. Tơi xin cam đoan rằng,
các thơng tin trích dẫn trong luận văn này đều đã đƣợc chỉ rõ nguồn gốc và mọi sự
giúp đỡ trong quá trình thực hiện luận văn đã đƣợc cảm ơn.
Tác giả

Nguyễn Quang Duy

HVTH: Nguyễn Quang Duy c


LỜI CẢM ƠN
Tơi xin tỏ lịng biết ơn tới PGS.TS Nguyễn Khánh Diệu Hồng đã hƣớng dẫn tận

tình về mặt khoa học, truyền đạt kinh nghiệm chuyên môn, phƣơng pháp nghiên cứu
khoa học, để tơi hồn thành luận văn tốt nghiệp này.
Đồng thời tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cơ giáo trong Viện Kỹ thuật
Hóa học, Bộ mơn Cơng nghệ Hữu cơ Hóa dầu đã tạo điều kiện thuận lợi trong suốt
thời gian học tập và nghiên cứu tại trƣờng ĐHBK Hà nội.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 19 tháng 01 năm 2018
Tác giả

Nguyễn Quang Duy

HVTH: Nguyễn Quang Duy d


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................ c
LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................................d
MỤC LỤC ....................................................................................................................... e
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ..............................................................................g
DANH MỤC BẢNG .......................................................................................................h
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ....................................................................................i
LỜI MỞ ĐẦU .................................................................................................................1
Chƣơng 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT ........................................................................3
1.1. TỔNG QUAN VỀ DẦU NHỜN VÀ CƠNG DỤNG ..............................................3
1.1.1. Cơng dụng của dầu nhờn .......................................................................................3
1.1.2. Thành phần dầu nhờn ............................................................................................ 5
1.2. TỔNG QUAN VỀ DẦU NHỜN SINH HỌC ..........................................................9
1.2.1. Tổng quan về dầu nhờn sinh học ...........................................................................9
1.2.2. Nguyên liệu cho quá trình tổng hợp dầu nhờn sinh học ......................................12
1.2.3. Giới thiệu về dầu thầu dầu-nguyên liệu tổng hợp dầu nhờn sinh học .................14

1.2.4. Phƣơng pháp biến dổi dầu thực vật thành dầu nhờn sinh học ............................. 19
1.3. XÚC TÁC CHO QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP DẦU NHỜN SINH HỌC ...............21
1.3.1. Xúc tác axit lỏng ..................................................................................................21
1.3.2. Xúc tác bazơ lỏng ................................................................................................ 22
1.3.3. Xúc tác rắn ...........................................................................................................22
1.3.4. Giới thiệu về xúc tác cacbon hóa dạng mao quản trung bình từ vỏ trấu
(mesocacbon hóa vỏ trấu) .............................................................................................. 24
1.4 . TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU DẦU NHỜN SINH HỌC TRÊN THẾ GIỚI VÀ
VIỆT NAM ....................................................................................................................27
Chƣơng 2. THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..................30
2.1. DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT SỬ DỤNG ............................................................... 30
2.1.1. Hóa chất và nguyên liệu ......................................................................................30
2.1.2. Dụng cụ................................................................................................................30
2.2. ĐIỀU CHẾ XÚC TÁC ........................................................................................... 30
Chế tạo xúc tác: .............................................................................................................31
2.3. PHẢN ỨNG TỔNG HỢP DẦU NHỜN SINH HỌC ............................................32
2.4. CÁC PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƢNG XÚC TÁC ........................... 32
2.4.1. Phƣơng pháp giản đồ XRD .................................................................................32
2.4.2. Phƣơng pháp phổ hồng ngoại (FT-IR) ................................................................ 32
2.4.3. Đo độ axit theo phƣơng pháp TPD-NH3 ............................................................. 33
2.5 CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ DẦU NHỜN SINH HỌC ........................................33
2.5.1 Xác định độ nhớt động học (ASTM D445) .......................................................... 33
2.5.2 Phƣơng pháp thử nghiệm tính chỉ số độ nhớt từ độ nhớt động học ở 40ºC và
100ºC (ASTM D 2270)..................................................................................................33
2.5.3. Xác định tỷ trọng (ASTM D1298) ......................................................................33
2.5.4. Xác định chỉ số axit (ASTM D664) ....................................................................34
2.5.5. Xác định chỉ số xà phòng (ASTM D5558).......................................................... 34

HVTH: Nguyễn Quang Duy e

2.5.6. Phƣơng pháp thử nghiệm xác định điểm đông đặc của các sản phẩm dầu mỏ
(ASTM D 97).................................................................................................................35
2.5.7. Xác định hàm lƣợng nƣớc (ASTM D95) ............................................................ 35
2.5.8. Điểm chớp cháy cốc hở (ASTM D92) ................................................................ 36
2.5.9. Phƣơng pháp sắc kí khí khối phổ (GC-MS) ........................................................36
Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.....................................................................37
3.1. CÁC ĐẶC TRƢNG XÚC TÁC MESOCACBON HÓA VỎ TRẤU ....................37
3.1.1. Kết quả đặc trƣng XRD .......................................................................................37
3.1.2. Kết quả đo phổ FT-IR.......................................................................................... 38
3.1.3. Kết quả định lƣợng độ axit theo TPD-NH3 .........................................................39
3.2. NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP DẦU NHỜN SINH HỌC .................40
3.2.1 Một số tích chất hóa lý của dầu thầu dầu ............................................................. 40
3.2.2. Phân tích thành phần các gốc axit béo trong dầu thầu dầu..................................42
3.2.3. Khảo sát các điều kiện của quá trình tổng hợp dầu nhờn sinh học từ dầu thầu dầu
.......................................................................................................................................44
3.2.4. Đánh giá chất lƣợng dầu nhờn sinh học tổng hợp từ dầu thầu dầu .....................51
KẾT LUẬN ...................................................................................................................57
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 58

HVTH: Nguyễn Quang Duy f


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Kí hiệu

Ý nghĩa

ATSM

Hiệp hội tiêu chuẩn vật liệu của Mỹ

BET

Phƣơng pháp hấp phụ - giải hấp phụ N2

DNSH

Dầu nhờn sinh học

ĐBSCL

Đồng bằng sông Cửu long

FA

Axit béo tự do

FT-IR

Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier

JO

Dầu jatropha

GC - MS

Phƣơng pháp phân tích sắc ký khí – khối phổ

MQTB

Mao quản trung bình

SEM

Hiển vi điện tử quét

TCVN

Tiêu chuẩn Việt nam

TPD

Giải hấp phụ theo chƣơng trình nhiệt độ

TEM

Phƣơng pháp hiển vi điện tử truyền qua

XRD

Nhiễu xạ tia X

HVTH: Nguyễn Quang Duy g


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Phân loại dầu gốc theo API .............................................................................6

Bảng 1.2. Các loại phụ gia thƣờng sử dụng ....................................................................8
Bảng 1.3. Tóm tắt những nghiên cứu về dầu thực vật làm nguyên liệu sản xuất dầu
nhờn sinh học .................................................................................................................12
Bảng 1.4. Thành phần của dầu thầu dầu ........................................................................16
Bảng 1.5. Đặc tính vật lý, hóa học tiêu biểu của dâu thàu dầu .....................................17
Bảng 1.6. Tóm tắt những biến đổi hóa học có thể có của dầu thầu dầu tùy thuộc vào
các nhóm chức năng phản ứng ......................................................................................18
Bảng 1.7. Hiệu suất của TMP este dựa trên loại xúc tác sử dụng .................................21
Bảng 1.8. Đặc tính của JCO (jatropha), FA và TMP este .............................................22
Bảng 1.9. Đặc trƣng thành phần hoá học của nguyên liệu trấu .....................................26
Bảng 3.1. Các điều kiện tổng hợp xúc tác mesocacbon hóa vỏ trấu ............................. 37
Bảng 3.2. Các thơng số thu đƣợc từ phƣơng pháp TPD-NH3 .......................................40
Bảng 3.3. Một số tính chất hóa lý đặc trƣng của dầu thầu dầu .....................................40
Bảng 3.4. Thành phần axit béo trong metyl este từ dầu thầu dầu theo kết quả GC – MS
.......................................................................................................................................43
Bảng 3.5. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến quá trình tổng hợp dầu nhờn sinh học ............45
Bảng 3.6. Ảnh hƣởng của thời giản phản ứng đến quá trình tổng hợp dầu nhờn sinh
học .................................................................................................................................46
Bảng 3.7. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng xúc tác đến quá trình tổng hợp dầu nhờn sinh học
.......................................................................................................................................47
Bảng 3.8. Ảnh hƣởng của tỷ lệ mol etanol/dầu đến quá trình tổng hợp dầu nhờn sinh
học .................................................................................................................................48
Bảng 3.9. Ảnh hƣởng của tỷ lệ mol H2O2/dầu đến quá trình tổng hợp dầu nhờn sinh
học .................................................................................................................................49
Bảng 3.10. Ảnh hƣởng của tốc độ khuấy đến quá trình tổng hộ dầu nhờn sinh học ....50
Bảng 3.11. Tổng hợp các thông số công nghệ tối ƣu ....................................................51
Bảng 3.12. Một số chỉ tiêu hóa lý của dầu nhờn sinh học gốc dạng polyol từ dầu thầu
dầu .................................................................................................................................54
Bảng 3.13. Một số chỉ tiêu hóa lý của dầu nhờn sinh học gốc dạng este từ dầu thầu dầu
.......................................................................................................................................56

HVTH: Nguyễn Quang Duy h


DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Lợi ích cơ bản khi sử dụng dầu nhờn sinh học................................................9
Hình 1.2. Yêu cầu bôi trơn cho một chiếc xe tải nâng lên ............................................10
Hình 1.3. Sản lƣợng hàng năm của dàu thầu dầu .......................................................... 15
Hình 1.4. Cây, quả, hạt và dầu thầu dầu ........................................................................15
Hình 1.5. Cấu trúc phân tử của dầu thầu dầu ................................................................ 17
Hình 1.6. Q trình epoxi hóa axit oleic .......................................................................20
Hình 1.7. Các dạng cấu trúc của xúc tác mao quản trung bình .....................................24
Hình 2.1. Sơ đồ nhiệt phân vỏ trấu ................................................................................31
Hình 3.1. Giản đồ XRD góc hẹp của xúc tác mesocacbon hóa vỏ trấu ........................37
Hình 3.2. Giản đồ XRD góc rộng của xúc tác mesocacbon hóa vỏ trấu .......................38
Hình 3.3. Phổ FT-IR của xúc tác mesocacbon hóa vỏ trấu ...........................................39
Hình 3.4. Giản đồ TPD-NH3 của xúc tác mesocacbon hóa vỏ trấu .............................. 40
Hình 3.5. Sắc ký đồ của các metyl este tạo ra từ dầu thầu dầu .....................................42
Hình 3.6. Phổ MS của metyl ricinolea có trong các metyl este của dầu thầu dầu, so
sánh với phổ MS chuẩn của metyl ricinoleat trong thƣ viện phổ ..................................43
Hình 3.7. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến hiệu suất tổng hợp dầu nhờn sinh học ............45
Hình 3.8. Ảnh hƣởng của thời gian phản ứng đến hiệu suất tổng hợp dầu nhờn sinh học
.......................................................................................................................................46
Hình 3.9. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng xúc tác đến hiệu suất tổng hợp dầu nhờn sinh học
.......................................................................................................................................47
Hình 3.10. Ảnh hƣởng của tỷ lệ mol etanol/dầu đến hiệu suất tổng hợp dầu nhờn sinh
học .................................................................................................................................48
Hình 3.11. Ảnh hƣởng của tỷ lệ mol H2O2/dầu đến hiệu suất tổng hợp dầu nhờn sinh
học .................................................................................................................................49
Hình 3.12. Ảnh hƣởng của tốc độ khuấy đến hiệu suất tổng hợp dầu nhờn sinh học ...50

Hình 3.13. Phổ FT-IR của dầu thầu dầu lúc chƣa phản ứng .........................................51
Hình 3.14. Phổ FT-IR của dầu thầu dầu ở trạng thái trung gian trong phản ứng tổng
hợp dầu nhờn sinh học ...................................................................................................52
Hình 3.15. Phổ FT-IR của dầu thầu dầu ở trạng thái cuối cùng trong phản ứng tổng
hợp dầu nhờn sinh học ...................................................................................................52
Hình 3.16. Phổ FT-IR của dầu nhờn sinh học gốc dạng este ........................................55

HVTH: Nguyễn Quang Duy i


LỜI MỞ ĐẦU
Dầu nhờn ngày nay đƣợc sử dụng với một lƣợng rất lớn cho nhiều mục đích khác nhau
nhƣ bôi trơn, làm mát, làm sạch…trong các động cơ, máy móc cơng nghiệp… Khác
với các loại nhiên liệu hóa thạch, sử dụng dầu nhờn ít phát thải chất độc hại do mục
đích chính là bơi trơn, khơng phải là đốt cháy tạo năng lƣợng. Tuy nhiên cũng giống
các nhiên liệu khống, dầu nhờn vẫn có thể gây ra các vấn đề ô nhiễm nếu bị phát tán
ra môi trƣờng, đặc biệt là các loại dầu nhờn thải. Một trong những ngun nhân chủ
yếu của tính chất ơ nhiễm do phát tán là khả năng phân hủy sinh học không cao, làm
tăng thời gian lƣu trữ ngồi mơi trƣờng của những phân tử có hại nhƣ các hydrocacbon
thơm, các hợp chất đa vòng chứa lƣu huỳnh…
Những năm gần đây, một sản phẩm có tiềm năng lớn để thay thế một phần việc sử
dụng dầu nhờn khoáng, gọi là dầu nhờn sinh học. Dầu nhờn sinh học là thuật ngữ
chung để chỉ các hợp chất hữu cơ có tính chất của dầu nhờn khống nhƣ bơi trơn, làm
kín, làm mát, chống oxi hóa… nhƣng đƣợc chế tạo từ những nguồn nguyên liệu sinh
học có khả năng tái tạo, trong đó phổ biến nhất là từ các loại dầu, mỡ động thực vật.
Quy trình sản xuất dầu nhờn sinh học phải đi qua bƣớc biến tính dầu thực để tạo ra dầu
nhờn gốc có các tính chất hóa, cơ, lý tốt hơn, tƣơng đƣơng hoặc gần tƣơng đƣơng với
dầu nhờn khoáng. Một trong những quy trình tổng hợp dầu nhờn sinh học đƣợc quan
tâm nghiên cứu nhất hiện nay dựa trên quá trình oxi hóa chọn lọc liên kết bội trong
mạch cacbon của dầu thực vật để tạo ra các epoxit, sau đó mở vịng, biến tính các

epoxit này thành các ancol hoặc este mới trên xúc tác axit.
Xúc tác siêu axit rắn mesocacbon hóa là loại xúc tác có nguồn gốc hữu cơ, có thể chế
tạo từ các loại sinh khối, đang là một trong những loại xúc tác dị thể tốt nhất, đƣợc ứng
dụng nhiều trong các quá trình tổng hợp nhiên liệu sinh học. Ngồi ứng dụng đó, tiềm
năng của xúc tác cacbon hóa cũng rất hứa hẹn đối với q trình phá vịng epoxit và
este hóa các nhóm chức -OH tạo thành – chính là q trình tạo ra dầu nhờn sinh học
gốc. Ƣu điểm lớn nhất của xúc tác này là tính dị thể, độ axit và tính ổn định cao. Tuy
nhiên, các phân tử gốc triglyxerit có trong dầu, mỡ động thực vật có kích thƣớc động
học rất lớn gây khó khăn cho việc tiếp xúc giữa các tâm axit và nhóm chức cần tác
động. Do vậy, chế tạo các loại xúc tác cacbon hóa mới, có cấu trúc mao quản trung

HVTH: Nguyễn Quang Duy 1


bình (MQTB) với kích thƣớc mao quản phù hợp với kích thƣớc động học của
triglyxerit để chuyển hóa dầu thực vật thành dầu nhờn sinh học gốc, có ý nghĩa về mặt
khoa học và thực tiễn. Nghiên cứu đã lựa chọn vỏ trấu tại Việt Nam là nguồn nguyên
liệu ban đầu để chế tạo xúc tác mesocacbon hóa, đồng thời sử dụng dầu thầu dầu cho
phản ứng tổng hợp dầu nhờn sinh học. Nội dung nghiên cứu sẽ tập trung vào quá trình
chế tạo dầu nhờn sinh học, dựa trên một quy trình điều chế xúc tác mesocacbon hóa ổn
định, có đầy đủ các đặc trƣng quan trọng nhất.

HVTH: Nguyễn Quang Duy 2


Chƣơng 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
1.1. TỔNG QUAN VỀ DẦU NHỜN VÀ CƠNG DỤNG
1.1.1. Cơng dụng của dầu nhờn
a. Bơi trơn máy
Dầu nhờn có nhiều cơng dụng trong đó cơng dụng quan trọng nhất là bơi trơn các

bề mặt có chuyển động trƣợt giữa các chi tiết, làm giảm ma sát, do đó làm giảm tổn
thất cơ giới trong động cơ dẫn đến tăng hiệu suất có ích của tồn động cơ. Nguyên
nhân của việc giảm ma sát là do khi bơi trơn sẽ có sự thay thế ma sát trực tiếp giữa
các chi tiết máy bằng ma sát nội tại của màng chất bôi trơn thể lỏng ngăn cách các chi
tiết máy. Ma sát nội tại giữa các màng chất lỏng này luôn nhỏ hơn nhiều so với các
dạng ma sát khác [1, 15, 16].
b. Chống ăn mòn kim loại
Nƣớc là nguyên nhân góp phần gây nên sự rỉ sét của các chi tiết đƣợc chế tạo từ
kim loại. Một thể tích nhiên liệu đốt cháy trong động cơ sinh ra một thể tích nƣớc;
mặc dù phần lớn nƣớc ở thể hơi và thoát ra ống xả, tuy nhiên vẫn cịn một ít đọng lại
trong lịng xylanh. Hiện tƣợng này thƣờng xảy ra khi thời tiết lạnh hay khi động cơ
chƣa đƣợc sƣởi ấm, thêm vào đó các sản phẩm phụ sinh ra do nhiên liệu cháy khơng
hồn tồn, ngồi ra cịn các chất axit đƣợc tạo thành do sự oxi hóa dầu, vì vậy khả
năng tạo rỉ sét và ăn mòn càng trở nên trầm trọng. Các chi tiết cần đƣợc bảo vệ chống
lại sự ăn mòn và chống rỉ. Dầu nhờn sẽ tạo một lớp màng mỏng phủ trên bề mặt các
chi tiết ma sát có tác dụng chống rỉ trong thời gian ngừng hoạt động, nhất là những bộ
phận ẩm ƣớt. Ngồi ra dầu nhờn cịn có tác dụng hạn chế tối đa sự lan truyền các chất
axit đƣợc sinh ra từ các loại nhiên liệu nhiều lƣu huỳnh trong động cơ diesel [1, 15,
16].
c. Làm mát máy
Việc làm mát nhằm làm giảm nhiệt độ của các chi tiết máy. Nhiều ngƣời cho rằng
việc làm mát động cơ hoàn toàn dựa vào hệ thống nƣớc làm mát. Trên thực tế hệ thống
nƣớc làm mát chỉ thực hiện đƣợc 60% công việc làm mát. Nƣớc chỉ làm mát phần trên
động cơ là các đỉnh xylanh, lòng xylanh và các van; còn trục khuỷu, các ổ đỡ, trục
cam, các bánh răng, pitong và nhiều chi tiết khác đƣợc làm mát bằng dầu nhờn. Qua

HVTH: Nguyễn Quang Duy 3


số liệu thực nghiệm cho thấy nhiệt độ cháy thƣờng là 1090 – 1650°C, những phần

chính của van có thể lên tới 540 –1095°C, nhiệt độ pitơng có thể lên tới 540°C. Thiếc
(Sn) và chì (Pb) là hai kim loại có nhiệt độ nóng chảy thấp, đƣợc dùng chế tạo các chi
tiết trong bạc đỡ. Chúng thƣờng mềm ra ở 180°C và nóng chảy ở 232°C (Sn) và
327°C (Pb). Vì vậy nếu nhƣ không sử dụng dầu nhờn để tản bớt nhiệt sẽ làm cho kim
loại của vịng bi nóng chảy ra và bị phá hủy. Nguyên nhân sinh nhiệt chủ yếu của động
cơ là do ma sát giữa các bề mặt của chi tiết bên trong động cơ và do quá trình cháy của
nhiên liệu. Dầu nhờn ở trạng thái lỏng chảy qua các bề mặt ma sát và mang theo nhiệt
sẽ làm mát vật liệu. Chức năng làm mát địi hỏi dầu phải chịu nhiệt cao, khơng bị biến
chất do tác dụng của oxy trong khơng khí ở nhiệt độ cao [1, 15, 16].
d. Làm kín máy
Ở một số động cơ ơ tơ tại vị trí piston, máy phát, bơm thủy lực làm việc ở áp suất
cao, do đó u cầu độ kín cao. Vì vậy dầu nhờn dựa vào khả năng bám dính và tạo
màng lấp kín các khe hở, bảo đảm quá trình làm việc bình thƣờng cho thiết bị [1, 15,
16].
e. Làm sạch máy
Dầu nhờn sẽ có tác dụng cuốn trơi các vẩy tróc, sau đó các cặn bẩn sẽ bị giữ lại tại
các bộ phận lọc của hệ thống bôi trơn.
Trong động cơ diesel, khi nhiên liệu cháy tạo ra muội than sẽ bám cặn trên
thành piston gây cháy xecmăng, làm nghẽn các bộ lọc. Trong động cơ dùng xăng
pha chì, khi xăng cháy cũng tạo ra một lƣợng muội chì. Các hiện tƣợng trên góp
phần tạo ra hai loại cặn trong dầu nhờn trong quá trình làm việc: cặn bùn và cặn
cứng.
-Cặn bùn đƣợc tạo thành do sự kết hợp giữa hơi nƣớc, bụi, sản phẩm xuống cấp và
nhiên liệu cháy chƣa hoàn tồn. Cùng với thời gian cặn bùn sẽ tích tụ nhiều, đóng cục
lại sẽ làm hạn chế sự lƣu thơng của dầu nhờn.
-Cặn cứng là sản phẩm của quá trình oxi hóa các hợp phần kém ổn định có trong
dầu tại nhiệt độ và áp suất cao. Cặn cứng làm thành lớp áo cứng trên các chi tiết có
nhiệt độ cao của động cơ. Động cơ không thể làm việc một cách bình thƣờng nếu cặn
cứng tích tụ nhiều trên các chi tiết của máy.

HVTH: Nguyễn Quang Duy 4


Dầu nhờn với phụ gia tẩy rửa sẽ có tác dụng ngăn cản sự tích tụ của cặn bùn, cặn
cứng, giữ cho bề mặt các chi tiết luôn đƣợc sạch sẽ tạo điều kiện cho động cơ hoạt
động tốt [1, 15, 16].
f. Chức năng bảo về bề mặt
Sự tiếp xúc các chi tiết máy với các tác nhân gây ăn mịn nhƣ: oxy, độ ẩm của
khơng khí, khí thải hay khí cháy từ nhiên liệu đốt trong động cơ hay các lị đốt, mơi
trƣờng làm việc dẫn đến bề mặt vật liệu bị oxy hóa hay bị ăn mịn. Vì vậy dầu nhờn có
tác dụng tạo lớp màng bao phủ bề mặt các chi tiết ngăn cách sự tiếp xúc với các yếu tố
môi trƣờng [1, 15, 16].
1.1.2. Thành phần dầu nhờn
Dầu nhờn là một hỗn hợp đƣợc pha chế bằng cách trộn phụ gia và dầu gốc với tỷ lệ
nhất định, tùy vào yêu cầu của sản phẩm mà ta sử dụng các loại phụ gia khác nhau và
có tỉ lệ pha chế khác nhau.
Dầu nhờn = Dầu gốc + Phụ Gia
Trong đó: Dầu gốc chiếm khoảng 95-99% khối lƣợng, còn phụ gia chiếm khoảng
0,01-5% khối lƣợng; cá biệt có loại dầu có hàm lƣợng phụ gia lên tới 10%.
a. Dầu gốc (base oils)
Theo định nghĩa của Viện Dầu mỏ Hoa Kỳ (API), dầu gốc dùng pha chế dầu nhờn bơi
trơn đƣợc phân thành 5 nhóm nhƣ sau:
-Dầu gốc nhóm I-Theo API phân loại thì dầu gốc nhóm I là dầu gốc có hàm lƣợng
sulfur > 0,03%, hàm lƣợng hydrocacon bão hòa <90%, chỉ số độ nhớt 80-119 và đƣợc
sản xuất với các quá trình xử lý bằng dung môi.
Hiện nay đƣợc sử dụng nhiều cho dầu công nghiệp, dầu động cơ hàng hải hay dầu
động cơ có tiêu chuẩn "thấp"-động cơ thế hệ cũ. Đặc tính độ nhớt động học cao nên dễ
dàng pha chế các loại dầu từ: dầu cắt gọt kim loại, đến dầu xy lanh hay động cơ hàng
hải, tàu thuỷ hay các loại dầu truyền động hay trợ lực tay lái....
-Dầu gốc nhóm II-Theo phân loại là dầu gốc có hàm lƣợng sulfur < 0.03%, hàm

lƣợng hydrocacon bão hòa >90%, chỉ số độ nhớt 80-119. Đƣợc xử lý sản xuất bằng
quá trình xử lý dung mơi và có thêm xử lý bằng hydro.
Dầu gốc nhóm II thơng dụng để sản xuất dầu động cơ có độ nhớt SAE 10W-XX
hay 15W-XX. Đặc tính của nhóm dầu gốc này là có độ nhớt động học cao có thể pha

HVTH: Nguyễn Quang Duy 5


chế dầu động cơ diesel tải nặng, là loại dầu địi hỏi độ bền của màng dầu bơi trơn cao
do vận hành ở nhiệt độ cao hoặc ở tốc độ thấp nhƣng moment xoắn rất cao. Loại dầu
gốc này có hàm lƣợng lƣu huỳnh và hợp chất thơm đa vòng gần nhƣ khơng có nên có
tính ổn định oxy hố và bền nhiệt cao.
-Dầu gốc nhóm III-Theo API phân loại là dầu gốc có hàm lƣợng sulfur <0.03%,
hàm lƣợng hydrocacon bão hòa >90%, chỉ số độ nhớt >120. Đƣợc sản xuất bằng cách
xử lý bằng dung mơi và có thêm xử lý bằng phƣờng pháp hydrocracking.
Dầu gốc nhóm III thơng dụng để sản xuất dầu nhớt động cơ có độ nhớt SAE 5WXX hay 0W-XX, hiện nay sử dụng hầu hết cho động cơ xăng (gasolin) nhóm xe tải
nhẹ và xe hơi với tốc độ cao. Đặc tính của dầu gốc này là có độ nhớt động học rất thấp,
chỉ số độ nhớt cao nên trƣớc đây nhà sản xuất có thể pha chung dầu gốc nhóm III vào
nhóm I để cải thiện tính ổn định oxy hố và chống bay hơi của nhóm I khi sản xuất
dầu động cơ.
-Dầu góc nhóm IV hay dầu gốc PAO (poly alpha olefin) là dầu gốc tổng hợp hồn
tồn, có tính chất rất cao cấp nhƣ: chỉ số độ nhớt rất cao 145, khơng có lƣu huỳnh hay
aromatic.
-Dầu gốc nhóm V là các loại khác loại trên nhƣng đƣợc tổng hợp nhƣ: este, di-este,
poly buten poly alpha glycol…có tính chất rất cao cấp: chỉ số độ nhớt rất cao, bền
nhiệt [2].
Bảng 1.1. Phân loại dầu gốc theo API
Chỉ tiêu
Loại

Hàm lượng hydrocacbon ở

Chỉ số độ

trạng thái bão hòa

nhớt

S > 300 ppm

< 90%

80-120

S ≤ 300 ppm

≥ 90%

80-120

S ≤ 300 ppm

≥ 90%

≥ 120

Hàm lượng lưu huỳnh

Dầu
Dầu gốc

nhóm I
Dầu gốc
nhóm II
Dầu gốc
nhóm III

HVTH: Nguyễn Quang Duy 6


Dầu gốc

Dầu gốc tổng hợp PAO

nhóm IV
Dầu gốc
nhóm V

Các loại dầu gốc khác khơng thuộc nhóm I đến IV

Thành phần hóa học của dầu gốc:
Dầu gốc đƣợc sử dụng pha chế dầu bơi trơn thích hợp chủ yếu thu đƣợc từ q trình
chƣng cất chân khơng sản phẩm đáy của tháp chƣng cất khí quyển.
Dầu gốc thƣờng chứa các loại hydrocacbon sau đây:
-

Parafin mạch thẳng và mạch nhánh.

-

Hydrocacbon no đơn và đa vịng (naphten) có cấu trúc vịng xyclohexan gắn

với mạch nhánh parafin.
-

Hydrocacbon thơm đơn vòng và đa vòng chủ yếu chứa các mạch nhánh alkyl.

-

Các hợp chất chứa vòng naphten, vòng thơm và mạch nhánh alkyl trong cùng

một phân tử.
-

Các hợp chất hữu có chứa các dị nguyên tố, chủ yếu là các hợp chất chứa lƣu

huỳnh, oxi và nitơ.
Để đáp ứng yêu cầu và nâng cao chất lƣợng của dầu gốc, dầu gốc cần đƣợc chế biến
sâu khi thu đƣợc từ các phân đoạn của tháp chƣng cất chân khơng nhƣ các q trình:
chiết, tách, hydrotreating... nhằm loại bỏ các cấu tử không mong muốn khỏi dầu gốc.
Việc lựa chọn dầu gốc để pha chế dầu bôi trơn phụ thuộc vào độ nhớt, mức độ tinh
chế, độ ổn định nhiệt và khả năng tƣơng hợp với các chất khác nhau (chất phụ gia)
hoặc vật liệu mà dầu bôi trơn sẽ tiếp xúc trong quá trình sử dụng [14].
b. Phụ gia (additives)
Định nghĩa
Phụ gia là những hợp chất hữu cơ, cơ kim và vơ cơ, thậm chí là các nguyên tố
đƣợc thêm vào các chất bôi trơn để nâng cao các tính chất riêng biệt cho sản phẩm
cuối cùng. Thƣờng mỗi loại phụ gia đƣợc dùng ở nồng độ từ 0,01-5% khối lƣợng. Tuy
nhiên, trong nhiều trƣờng hợp một phụ gia có thể đƣợc đƣa vào ở khoảng nồng độ dao
động từ vài phần triệu đến 10% khối lƣợng [15].
Yêu cầu về phụ gia

HVTH: Nguyễn Quang Duy 7


Phụ gia phải đáp ứng các nhƣ cầu sau:
-

Phải hòa tan trong dầu gốc

-

Có tính tƣơng hợp

-

Khơng hoặc ít hịa tan trong nƣớc

-

Khơng ảnh hƣởng đến tốc độ nhũ hóa của dầu

-

Không bị phân hủy bởi nƣớc và kim loại

-

Không bị bốc hơi ở điều kiện làm việc của hệ thống dầu nhờn

-

Khơng làm tăng tính hút ẩm của dầu nhờn

-

Hoạt tính có thể kiểm tra đƣợc

-

Khơng độc, rẻ tiền, dễ kiếm
Bảng 1.2. Các loại phụ gia thường sử dụng
Chức năng

Loại phụ gia

Phụ gia tăng chỉ số Cải thiện chỉ số độ nhớt của dầu nhờn khi làm việc ở nhiệt độ
độ nhớt

cao

Phụ gia chống oxy Làm chậm quá trình oxy hóa trong dầu (tăng độ bền oxy hóa)
hóa

bằng cách thụ động hóa bề mặt kim loại, ức chế tạo gốc tự do
và phân hủy các hydroperoxit

Phụ gia tẩy rửa

Ngăn cản, loại trừ các cặn không tan trong dầu, cặn sạn,
cacbon và các hợp chất chì trên các bộ phận của động cơ.

Phụ gia phân tán

Ngăn ngừa, làm chậm quá trình tạo cặn và lắng đọng trong
điều kiện hoạt động ở nhiệt độ thấp.

Phụ gia chống ăn Giảm thiểu việc tạo thành các peoxit hữu cơ, axit và các thành
mòn

phần oxy hóa khác làm xuống cấp dầu nhờn.

Phụ gia chống gỉ

Ngăn cản sự tiếp xúc giữa nƣớc với bề mặt kim loại, tránh tạo
thành Fe (OH)2 là tác nhân tạo làm cho các chi tiết han gỉ.

Phụ gia chống mài Bám dính trên bề mặt kim loại nhằm giảm bớt sự cọ xát, tỏa
mịn

nhiệt trong q trình làm việc.

Phụ gia biến tính, Tăng độ bền của màng dầu, giữ bề mặt kim loại tách rời nhau,
giảm ma sát

ngăn không ho lớp dầu bị phá hoại trong điều kiện tải trọng
lớn và nhiệt độ cao.

Phụ gia cực áp

Phụ gia giúp dầu nhờn làm việc đƣợc dƣới điều kiện áp suất

cao, nhƣ các loại dầu hộp số, dầu bánh răng.

Phụ gia hạ điểm Hạ thấp điểm đông đặc của dầu, tránh việc dầu nhờn bị đông
HVTH: Nguyễn Quang Duy 8


đông đặc

đặc lại ở nhiệt độ thƣờng.

Phụ gia chống tạo Tránh hoặc giảm sự tạo bọt do bọt làm tăng sự oxy hóa, gây
bọt

tổn thất dầu nhờn, năng cản sự lƣu thơng dầu khi tuần hồn,
gây ra hiện tƣợng bơi trơn không đầy đủ.

1.2. TỔNG QUAN VỀ DẦU NHỜN SINH HỌC
1.2.1. Tổng quan về dầu nhờn sinh học
a. Khái niệm, ứng dụng của dầu nhờn sinh học
Dầu nhờn sinh học là thuật ngữ dùng để chỉ những chất bôi trơn có hai đặc điểm là
dễ phân hủy sinh học và không độc cho sinh vật và môi trƣờng sống.
Dầu nhờn sinh học cũng có những ứng dụng nhƣ dầu khống nhƣ: dầu công
nghiệp nhƣ dầu máy, dầu máy nén, dầu gia công kim loại, và các loại dầu thủy lực.
Dầu ô tô ví dụ nhƣ dầu động cơ, dầu truyền động, dầu hộp số, cũng nhƣ phanh và các
chất lỏng thủy lực; và các loại dầu đặc biệt nhƣ các loại dầu chế biến, dầu trắng, dầu
đo lƣờng. Những lợi ích chính của dầu nhờn sinh học thể hiện trong hình1.1 và 1.2
trong đó cho thấy các lĩnh vực sử dụng dầu nhờn sinh học trong các ứng dụng ô tơ.
Những loại dầu này có thể thay thế các loại dầu gốc khoáng nhƣ dầu động cơ, dầu thủy
lực, dầu máy nén, dầu nhớt cho máy phát điện, bơm, máy kéo, bánh răng, dầu cách
điện, dầu gia công kim loại, dầu dầu hàng khơng, dầu mỡ [3].

Hình 1.1. Lợi ích cơ bản khi sử dụng dầu nhờn sinh học

HVTH: Nguyễn Quang Duy 9


Hình 1.2. u cầu bơi trơn cho một chiếc xe tải nâng lên
b. Tính chất và ưu nhược điểm của dầu nhờn sinh học
Do đi từ nguyên liệu ban đầu là dầu mỡ động thực vật nên dầu nhờn sinh học là
một loại hợp chất hồn tồn có khả năng tái chế. Điều này đặc biệt có ý nghĩa khi mà
trữ lƣợng dầu mỏ trên thế giới sẽ cạn dần trong tƣơng lai và dầu nhờn sinh học có khả
năng phân hủy sinh học cao nên ít độc hơn cho sinh vật cũng nhƣ ít gây ơ nhiễm mơi
trƣờng nhƣ dầu khống. Chính vì thế dầu nhờn sinh học có những ƣu điểm vƣợt trội
hơn dầu gốc khoáng. Dƣới đây là một số chỉ tiêu chất lƣợng để đánh giá đƣợc dầu
nhờn sinh học có thể thay thế dầu nhờn gốc khoáng trong tƣơng lai:
-Chỉ số độ nhớt (VI): Là sự thay đổi độ nhớt của dầu nhờn trong khoản nhiệt độ cho
trƣớc, là chỉ số quan trọng để đánh giá dầu nhờn. Dầu nhờn có độ nhớt biến đổi lớn
theo nhiệt độ thì VI thấp. Dầu nhờn có độ nhớt biến đổi nhỏ theo nhiệt độ thì VI cao.
Dầu nhờn sinh học có độ nhớt khơng thay đổi với nhiệt độ nhiều nhƣ dầu khống.
Điều này có thể là một lợi thế khi thiết kế chất bôi trơn để sử dụng trên một phạm vi
nhiệt độ rộng. Điều này cũng có thể dẫn đến các loại có độ nhớt thấp hơn cho các ứng
dụng tƣơng tự kết hợp với truyền nhiệt dễ dàng hơn. Chỉ số độ nhớt của dầu thực vật là
100-200 VI cao hơn dầu khoáng là 90 VI [3, 11].

HVTH: Nguyễn Quang Duy 10


-Điểm chảy là điểm mà ở đó có nhiệt độ thấp nhất khi xuất hiện nhỏ giọt đầu tiên
của dầu. Điểm chảy là chỉ số quan trọng trong công nghiệp. Dầu nhờn sinh học từ dầu
thực vật có điểm chảy là-20-10oC thấp hơn dầu nhờn làm từ dầu khoáng là-15oC, do

đó cung cấp loại dầu bơi trơn làm việc tốt khi trời lạnh [3, 11].
-Nhiệt độ chớp cháy là nhiệt độ thấp nhất mà tại áp suất khí quyển (101, 3 KPa),
mẫu dầu nhớt đƣợc nung nóng đến bốc hơi và bắt lửa. Mẫu sẽ chớp cháy khi có ngọn
lửa và lan truyền tức thì ra khắp bề mặt của mẫu dầu. Nhƣ vậy nhiệt độ chớp cháy là
nhiệt độ mà tại đó lƣợng hơi thốt ra từ bề mặt của mẫu dầu nhờn sẽ bốc cháy khi có
ngọn lửa đƣa vào và nhiệt độ thấp nhất mà tại đó hơi thoát ra từ mẫu dầu nhờn vần tiếp
tục cháy đƣợc trong 5 giây gọi là điểm bắt lửa. Điểm chớp cháy và điểm bắt lửa phụ
thuộc vào độ nhớt của dầu nhờn: Dầu nhờn có độ nhớt thấp thì điểm chớp cháy và
điểm bắt lửa thấp. Ngƣợc lại, dầu nhờn có độ nhớt cao điểm chớp cháy và điểm bắt lửa
cao. Điểm chớp cháy của dầu nhờn sinh học cao hơn dầu nhờn khống, do đó làm
giảm đáng kể các nguy cơ cháy trong trƣờng hợp rò rỉ chất bơi trơn, và an tồn khi bày
bán tại cửa hàng [3, 11].
-Dầu mỡ bôi trơn đạt yêu cầu là cho tốc độ thấp và áp suất thấp khi vận hành. Bôi
trơn đƣờng bao xảy ra khi độ nhớt dầu không đủ để ngăn ngừa tiếp xúc bề mặt. Phụ
gia chống mài mòn tạo ra một màng bao phủ tại bề mặt tiếp xúc để giảm mài mịn.
Tính chống mài mịn đƣợc xác định bởi các kiểm tra trong phịng thí nghiệm tiêu
chuẩn. Dầu nhờn đƣợc làm từ dầu thực vật có đặc tính chống mài mịn tốt hơn làm từ
dầu khoáng [3,11].
-Khả năng bay hơi của dầu nhờn sinh học thấp hơn dầu nhờn khoáng đến 20% [3,
11].
-Tổng hàm lƣợng chất thơm tự do hơn 90% các loại dầu tự phân hủy, không gây ô
nhiễm nƣớc [3, 11].
-Hơi dầu và hơi dầu giảm, dẫn đến ít hít phải hơi dầu vào phổi [3, 11].
-Khả năng tƣơng thích da tốt hơn-ít ảnh hƣởng đến da. Môi trƣờng làm việc sạch sẽ
[3, 11].
-Hệ số ma sát của dầu nhờn sinh học thấp hơn dầu khống-Tiết kiệm chi phí bảo trì
ít hơn, năng lƣợng, lƣu trữ, và chi phí xử lý [3, 11].
Nhƣợc điểm:

HVTH: Nguyễn Quang Duy 11

Nhiều nghiên cứu gần đây trong lĩnh vực sản xuất dầu nhờn từ dầu thực vật trong
đó chủ yếu là những thay đổi về phƣơng pháp hóa học và chất phụ gia.
Dầu nhờn sinh học có giá thành cao hơn so với dầu khống vì tác chất làm nên dầu
nhờn sinh học là những polyol rất đắt tiền. Nhƣng vì những ƣu điểm vƣợt trội của nó,
nhất là ƣu điểm về mặt môi trƣờng, nên trong tƣơng lai, chắc chắn dầu nhờn sinh học
sẽ cạnh tranh đƣợc với dầu khoáng [3, 11].
1.2.2. Nguyên liệu cho quá trình tổng hợp dầu nhờn sinh học
a. Giới thiệu về các nguyên liệu đã được sử dụng để tổng hợp dầu nhờn sinh học
Để sản xuất dầu nhờn sinh học có thể đi từ nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau
nhƣ: dầu dừa, dầu đậu nành, dậu cọ, dầu thầu dầu, dầu hạt cải... Nhóm tác giả H.M.
Mobarak và cộng sự [3] đã tóm tắt các nguyên liệu để sản xuất dầu nhờn sinh học
trong bảng sau.
Bảng 1.3. Tóm tắt những nghiên cứu về dầu thực vật làm nguyên liệu sản xuất dầu
nhờn sinh học
Dầu thực vật nguyên liệu
Dầu dừa

Tiêu chuẩn
SAE 20W50

Kết quả
Hệ số ma sát thấp nhất
Tính chất chống mài mịn cao hơn
Tính chất nhờn cao hơn

Dầu cọ

SAE20W50

Hệ số ma sát thấp hơn
Khả năng oxi hóa và tính chống
ăn mịn tốt
Kích hoạt dãy hydrocacbon chƣa
bão hịa
Giữ ổn định lớp màng bơi trơn
của dầu nhờn

Dầu cọ thải

SAE 40

Hệ số ma sát thấp hơn
Độ nhớt cao hơn

Dầu thực vật

Dầu trên cơ sở gốc Điểm chớp cháy cao

(jatropha, đậu tƣơng, cọ, khoáng

HVTH: Nguyễn Quang Duy 12

Chỉ số độ nhớt cao


dừa.

thầu

dầu,

hƣớng

Tinh chất nhờn cao

dƣơng)

Mất mát bay hơi tháp
Đƣợc đề xuất hiệu suất tốt hơn
Chi phí rẻ nhất
Thân thiên với mơi trƣờng

Dầu thầu dầu

SAE20W50

Chỉ sổ độ nhớt cao
Xu hƣớng hình thành chất kết tủa
thấp hơn
Tính bay hơi thấp hơn
Khả năng chống oxi hóa tập trung
hơn

Dầu đậu nành

Dầu trên cơ sở gốc Hệ số ma sát thấp nhất
khống

Tính chất nhờn tốt hơn
Khơng có chất độc
Giá thành rẻ và thân thiên với mơi
trƣờng

Dầu cọ dựa trên TMP este

SAE 40

Đặc tính chống mài mịn tốt

Dầu thầu dầu và dầu cọ

SAE 20W40

Giảm hệ số ma sát cƣỡng bức và
mài mịn
Tính chất độ nhớt tốt
Có thể tái sử dụng và phân hủy
sinh học
Thân thiện với môi trƣờng
Kiểm soát đƣợc sự bay hơi

Dầu Pongamia

SAE 20W40

BSEC nhỏ nhất và BTE lớn nhất
khi ở điều kiện trung bình và cao
Sự mất mát do ma sát ít hơn

Cải thiện hiệu suất
Hoàn thiện hơn việc loại bỏ chất
thải

HVTH: Nguyễn Quang Duy 13


Dầu Jatropha

SAE 20W40

Giảm tổn thất ma sát
Ít bị hao hụt
Giảm hệ số ma sát

Dầu hạt cải biến đổi hóa SAE20W40

Độ oxi hóa ổn định

học

Cải thiện tính chảy ở nhiệt độ thấp
Cải thiện khả năng chống mài
mòn

Dầu đậu nành

Dầu nhờn tổng hợp Độ nhớt cao
thƣơng mại

Dầu nhờn sinh học đƣợc sản xuất từ những loại dầu thực vật nhƣ jatropha, dầu đậu
nành, dậu cọ, dầu thầu dầu, dầu dừa, dầu hƣớng dƣơng …có những ƣu điểm vƣợt trội
về độ nhớt, chỉ số độ nhớt, tính thân thiện mơi trƣờng, điểm chớp cháy… so với dầu
nhờn gốc khoáng. Dầu thực vật là nguồn nguyên liệu tái tạo, có thể phân hủy sinh học
và khơng độc hại. So với dầu gốc khống, dầu gốc thực vật độ nhớt ổn định, độ oxy
hóa tốt hơn, chỉ số độ nhớt cao hơn, điểm chớp cháy cao, khả năng bay hơi thấp.
Chính vì những điều trên mà dầu thực vật dần trở thành nguyên liệu có thể thay thế
dầu mỏ để tổng hợp dầu nhờn sinh học.
1.2.3. Giới thiệu về dầu thầu dầu-nguyên liệu tổng hợp dầu nhờn sinh học
a. Đặc điểm chính của dầu thầu dầu
Cây thầu dầu (Ricinus communis) là một loại cây đại kích, có nguồn gốc nhiệt
đới châu Á và châu Phi. Dầu thầu dầu từ lâu đã đƣợc biết đến nhƣ một loại dầu làm
thuốc và đƣợc sử dụng chủ yếu là để xổ hay thuốc nhuận tràng để chống táo bón. Hơn
nữa nó có đặc tính gây buồn nơn và đƣợc phân loại nhƣ dầu không ăn đƣợc. Cây thầu
dầu đã đƣợc trồng để lấy dầu ở Ai Cập khoảng 6000 năm trƣớc. Ngày nay, nó đƣợc
nhập khẩu và trồng trên quy mơ thƣơng mại trên tồn thế giới trong vùng ơn đới. Châu
Á có thể đƣợc coi nhƣ là nơi cung cấp chính các loại dầu và chất béo đƣợc sử dụng
cho các ngành cơng nghiệp hóa dầu. Ấn Độ là nƣớc xuất khẩu lớn nhất thế giới của
dầu thầu dầu, với thị phần 70% tổng kim ngạch xuất khẩu, tiếp ở khoảng cách đáng kể
của Trung Quốc, Brazil và Thái Lan. Các nƣớc nhập khẩu chính là Mỹ, Nga và Nhật
Bản [4].

HVTH: Nguyễn Quang Duy 14


Hình 1.3. Sản lượng hàng năm của dàu thầu dầu
Cây dầu thầu dầu là một loại cây bụi lớn hay cây cao (tùy thuộc vào khí hậu), nhanh
chóng phát triển trong tự nhiên, đạt đến 12m chiều cao, mặc dù nó là nhỏ hơn nhiều
khi trồng ở vùng ơn đới. Thân cây rỗng và màu xanh nhạt, đôi khi nhuốm màu đỏ. Các
lá lớn (10-40 cm dài), màu nâu đỏ bóng lống với gân lá rõ ràng. Cây cho lá quanh

năm, cho hoa từ tháng Bảy đến tháng Chín, và những hạt giống chín từ tháng chín đến
tháng mƣời một. Các hạt giống đƣợc chứa trong quả có nhiều gai màu đỏ vào mùa thu
và đƣợc phát tán bởi gió và nƣớc [4].

Hình 1.4. Cây, quả, hạt và dầu thầu dầu
b. Thành phần và đặc tính hóa lý của dầu thầu dầu

HVTH: Nguyễn Quang Duy 15


Dầu cây thầu dầu có thể có những tính chất vật lý và hóa học khác nhau. Tuy
nhiên, bất kể xuất xứ từ nƣớc nào hoặc trồng ở mùa nào thì thành phần hóa học của nó
vẫn tƣơng đối ổn định. Giống nhƣ các loại dầu thực vật khác, dầu thầu dầu là một
triaxylglyxerin gồm các axit béo khác nhau và glyxerin. Các axit béo bao gồm 90%
axit ricinoleic và thay đổi một lƣợng nhỏ axit béo bão hòa và khơng bão hịa. Các hàm
lƣợng cao của acid ricinoleic là lý do cho giá trị cao của dầu thầu dầu và khả năng ứng
dụng linh hoạt của nó trong ngành cơng nghiệp hóa chất [4].
Bảng 1.4. Thành phần của dầu thầu dầu
Axit béo

Công thức

Hàm lượng (%)

Palmitic

C16H32O2

0,8-1,1

Stearic

C18H36O2

0,7-1,0

Oleic

C18H34O2

2,2-3,3

Linoleic

C18H32O2

4,1-4,7

Linolenic

C18H30O2

0,5-0,7

Ricinoleic

C18H34O3

87,7-90,4

Năm 1845, ngƣời ta phát hiện ra rằng làm nóng dầu thầu dầu ở nhiệt độ cao cho kết
quả thú vị và mở rộng các khả năng ứng dụng của dầu, và giá trị của thầu dầu tăng lên
rất nhiều. Hơn nữa, với đặc điểm của dầu thầu dầu nhƣ khả năng bôi trơn cao, độ nhớt
cao trên khoảng nhiệt độ rộng và không tan trong dầu béo và dung mơi, làm cho nó
đƣợc sử dụng nhƣ chất bôi trơn cho thiết bị hoạt động trong điều kiện khắc nghiệt.
Ngày nay, dầu thầu dầu có rất nhiều ứng dụng nhƣ các làm dầu cơ sở cho các công
thức dầu bôi trơn, chất lỏng chức năng và các loại dầu chế biến, nguyên liệu cho sản
xuất nhiên liệu và tiền chất hóa học, thành phần của các loại sơn, chất phủ và mực,
polyme và xà phòng.
Hơn nữa, cơng nghệ sinh học có thể thay đổi thành phần của các axit béo trong dầu
thầu dầu hoặc tạo thành chất mới thay thế độc tố của dầu.

HVTH: Nguyễn Quang Duy 16