Luận văn Nghiên cứu tận dụng nguồn mỡ cá tra cá basa để điều chế dầu nhờn sinh học

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA KHOA HỌC BỘ MÔN HÓA HỌC LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGHIÊN CỨU TẬN DỤNG NGUỒN MỠ CÁ TRA CÁ BASA ĐỂ ĐIỀU CHẾ DẦU NHỜN SINH HỌC Cán bộ hướng dẫn Sinh viên thực hiện TS. BÙI THỊ BỬU HUÊ HUỲNH VĂN CẦN MSSV: 2041706 LỚP: CỬ NHÂN HÓA HỌC KHÓA: 30 Cần Thơ tháng 6 năm 2008 LỜI CẢM ƠN # " Em xin chân thành cảm ơn cô Bùi Thị Bửu Huê, người đã cho em những ý tưởng khoa học, đã chỉ dạy, hướng dẫn tận tình, cô đã truyền đạt kiến thức cũng như các phương pháp cần thiết để xử lý một vấn đề khoa học. Em xin chân thành cảm ơn đến tất cả quý thầy cô trong bộ môn Hóa - Khoa Khoa Học và thầy cô trong trường Đại Học Cần Thơ, quý thầy cô đã tận tâm truyền đạt những kiến thức rất quý báo giúp em tự tin giải quyết một vấn đề khoa học. Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn đến gia đình là điểm tựa về mặt tinh thần vững chắc cho tôi trong suốt bốn năm đại học và xin chân thành cảm ơn đến tất cả những người bạn đã động viên, giúp đỡ giúp tôi hoàn thành luận văn này. Cần Thơ, ngày 1 tháng 6 năm 2008 HUỲNH VĂN CẦN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA KHOA HỌC ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC BỘ MÔN HÓA HỌC # " Cần Thơ, ngày tháng năm PHIẾU ĐỀ NGHỊ ĐỀ TÀI LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP # " 1. Cán bộ hướng dẫn: TS. Bùi Thị Bửu Huê 2. Đề tài: “Nghiên cứu tận dụng nguồn mỡ cá basa để điều chế dầu nhờn sinh học”. 3. Địa điểm thực hiện: Phòng thí nghiệm Hóa Hữu Cơ – Bộ Môn Hóa Học – Khoa Khoa Học – Trường Đại Học Cần Thơ. 4. Sinh viên thực hiện: Huỳnh Văn Cần MSSV: 2041706 Lớp: Cử nhân hóa học – Khóa 30 5. Mục đích của đề tài: Hiện nay, dầu nhờn là chất bôi trơn chủ yếu trong các ngành công nghiệp và dân dụng. Mỗi năm Việt Nam tiêu thụ khoảng 120.000 tấn dầu bôi trơn mà toàn bộ lượng dầu này phải nhập từ nước ngoài dưới dạng dầu thành phẩm hoặc dầu gốc cùng với các loại phụ gia. Trong khi đó hầu như toàn bộ dầu đã qua sử dụng lại dùng không đúng mục đích hoặc thải trực tiếp vào môi trường gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường. Đồng Bằng Sông Cửu Long mỗi năm tiêu thụ khoảng 400.000 tấn cá tra, cá basa với lượng mỡ khoảng 60.000 tấn. Tuy nhiên nếu lượng mỡ này không tận dụng mà thải ra môi trường thì sẽ gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường theo chiều hướng xấu. nước về dầu nhờn sinh học như nghiên cứu của nhà hoá học Girma Biresaw làm việc tại cơ quan nghiên cứu nông nghiệp (ARS) thuộc bộ nông nghiệp Mỹ đã nghiên cứu sản xuất dầu nhờn sinh học từ dầu thực vật, trong nước một nhóm nhà khoa học của đại học quốc gia Hà Nội đã nghiên cứu về vấn đề sử dụng dầu thực vật để sản xuất chất bôi trơn tại Việt Nam. Các loại dầu được khảo sát là dầu dừa, dầu lạc, dầu thầu dầu, dầu hạt cao su, dầu sở, nhưng chưa thấy đề cập đến nguồn mỡ cá basa. Chính vì vậy chúng tôi chọn hướng nghiên cứu là “nghiên cứu tận dụng nguồn mỡ cá basa để điều chế dầu nhờn sinh học”. Nghiên cứu này không những giúp giải quyết vấn đề về môi trường mà còn góp phần vào việc tìm ra các sản phẩm mới, sạch thân thiện với môi trường. 6. Nội dung chính Khảo sát các điều kiện tốt nhất để tổng hợp dầu nhờn sinh học từ mỡ cá basa bằng phương pháp khuấy cơ học thông thường có gia nhiệt bao gồm: • Tỉ lệ mol phản ứng giữa methyl este với trimethylolpropan • Lượng xúc tác • Thời gian phản ứng • Nhiệt độ phản ứng • Áp suất Trên cơ sở điều kiện tốt nhất tìm được ở phương pháp khuấy cơ học thông thường sẽ nghiên cứu ứng dụng phương pháp vi sóng. DUYỆT CỦA BỘ MÔN ĐỀ NGHỊ DUYỆT CỦA HỘI ĐỒNG THI & XÉT TỐT NGHIỆP Phiếu đề nghị đề tài luận văn tốt nghiệp TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA KHOA HỌC ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC BỘ MÔN HÓA HỌC # " Cần Thơ, ngày tháng năm PHIẾU ĐỀ NGHỊ ĐỀ TÀI LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP # " 1. Cán bộ hướng dẫn: TS. Bùi Thị Bửu Huê 2. Đề tài: “Nghiên cứu tận dụng nguồn mỡ cá basa để điều chế dầu nhờn sinh học”. 3. Địa điểm thực hiện: Phòng thí nghiệm Hóa Hữu Cơ – Bộ Môn Hóa Học – Khoa Khoa Học – Trường Đại Học Cần Thơ. 4. Sinh viên thực hiện: Huỳnh Văn Cần MSSV: 2041706 Lớp: Cử nhân hóa học – Khóa 30 5. Mục đích của đề tài: Hiện nay, dầu nhờn là chất bôi trơn chủ yếu trong các ngành công nghiệp và dân dụng. Mỗi năm Việt Nam tiêu thụ khoảng 120.000 tấn dầu bôi trơn mà toàn bộ lượng dầu này phải nhập từ nước ngoài dưới dạng dầu thành phẩm hoặc dầu gốc cùng với các loại phụ gia. Trong khi đó hầu như toàn bộ dầu đã qua sử dụng lại dùng không đúng mục đích hoặc thải trực tiếp vào môi trường gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường. Đồng Bằng Sông Cửu Long mỗi năm tiêu thụ khoảng 400.000 tấn cá tra, cá basa với lượng mỡ khoảng 60.000 tấn. Tuy nhiên nếu lượng mỡ này không tận dụng mà thải ra môi trường thì sẽ gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường theo chiều hướng xấu. Phiếu đề nghị đề tài luận văn tốt nghiệp nước về dầu nhờn sinh học như nghiên cứu của nhà hoá học Girma Biresaw làm việc tại cơ quan nghiên cứu nông nghiệp (ARS) thuộc bộ nông nghiệp Mỹ đã nghiên cứu sản xuất dầu nhờn sinh học từ dầu thực vật, trong nước một nhóm nhà khoa học của đại học quốc gia Hà Nội đã nghiên cứu về vấn đề sử dụng dầu thực vật để sản xuất chất bôi trơn tại Việt Nam. Các loại dầu được khảo sát là dầu dừa, dầu lạc, dầu thầu dầu, dầu hạt cao su, dầu sở, nhưng chưa thấy đề cập đến nguồn mỡ cá basa. Chính vì vậy chúng tôi chọn hướng nghiên cứu là “nghiên cứu tận dụng nguồn mỡ cá tra, cá basa để điều chế dầu nhờn sinh học”. Nghiên cứu này không những giúp giải quyết vấn đề về môi trường mà còn góp phần vào việc tìm ra các sản phẩm mới, sạch thân thiện với môi trường. 6. Nội dung chính Khảo sát các điều kiện tốt nhất để tổng hợp dầu nhờn sinh học từ mỡ cá basa bằng phương pháp khuấy cơ học thông thường có gia nhiệt bao gồm: • Tỉ lệ mol phản ứng giữa metyl este với trimethylolpropan • Lượng xúc tác • Thời gian phản ứng • Nhiệt độ phản ứng • Áp suất Trên cơ sở điều kiện tốt nhất tìm được ở phương pháp khuấy cơ học thông thường sẽ nghiên cứu ứng dụng phương pháp vi sóng. DUYỆT CỦA BỘ MÔN ĐỀ NGHỊ DUYỆT CỦA HỘI ĐỒNG THI & XÉT TỐT NGHIỆP Nhận xét và đánh giá của cán bộ hướng dẫn TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA KHOA HỌC ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC BỘ MÔN HÓA HỌC # " NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1. Cán bộ hướng dẫn: TS. Bùi Thị Bửu Huê 2. Đề tài: “Nghiên cứu tận dụng nguồn mỡ cá basa để điều chế dầu nhờn sinh học”. 3. Sinh viên thực hiện: Huỳnh Văn Cần MSSV: 2041706 Lớp: Cử nhân hóa học – Khóa 30 4. Nội dung nhận xét a. Nhận xét về hình thức .. ............................................................................................................................... .. ............................................................................................................................... .. ............................................................................................................................... b. Nhận xét về nội dung của luận văn tốt nghiệp ƒ Đánh giá nội dung thực hiện của đề tài: .. ............................................................................................................................... .. ............................................................................................................................... .. ............................................................................................................................... ƒ Những vấn đề còn hạn chế: c. Nhận xét đối với từng sinh viên tham gia thực hiện đề tài: .. ............................................................................................................................... .. ............................................................................................................................... .. ............................................................................................................................... d. Kết luận, đề nghị và điểm: .. ............................................................................................................................... .. ............................................................................................................................... .. ............................................................................................................................... Cần thơ, ngày tháng 6 năm 2008 Cán bộ hướng dẫn Nhận xét và đánh giá của cán bộ phản biện TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA KHOA HỌC ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC BỘ MÔN HÓA HỌC # " NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN 1. Cán bộ chấm phản biện: ..................................................................................... 2. Đề tài: “Nghiên cứu tận dụng nguồn mỡ cá basa để điều chế dầu nhờn sinh học”. 3. Sinh viên thực hiện: Huỳnh Văn Cần MSSV: 2041706 Lớp: Cử nhân hóa học – Khóa 30 4. Nội dung nhận xét a. Nhận xét về hình thức .. ............................................................................................................................... .. ............................................................................................................................... .. ............................................................................................................................... b. Nhận xét về nội dung của luận văn tốt nghiệp ƒ Đánh giá nội dung thực hiện của đề tài: .. ............................................................................................................................... .. ............................................................................................................................... .. ............................................................................................................................... ƒ Những vấn đề còn hạn chế: c. Nhận xét đối với từng sinh viên tham gia thực hiện đề tài: .. ............................................................................................................................... .. ............................................................................................................................... .. ............................................................................................................................... d. Kết luận, đề nghị và điểm: .. ............................................................................................................................... .. ............................................................................................................................... .. ............................................................................................................................... Cần thơ, ngày tháng 6 năm 2008 Cán bộ phản biện MỤC LỤC # " LỜI CÁM ƠN ..........................................................................................................i PHIẾU ĐỀ NGHỊ ĐỀ TÀI LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP .......................................ii NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN.............................iv NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN................................vi MỤC LỤC .......................................................................................................... viii DANH SÁCH HÌNH VÀ SƠ ĐỒ ........................................................................xv PHẦN MỘT: GIỚI THIỆU CHUNG ................................................................1 PHẦN HAI: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU .............................................................4 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ DẦU NHỜN .....................................................5 I. Khái niệm ...........................................................................................................5 II. Lịch sử phát triển của dầu nhờn ........................................................................5 III. Công dụng của dầu nhờn .................................................................................6 III.1. Bôi trơn máy .................................................................................................6 III.2. Chống ăn mòn kim loại.................................................................................6 III.3. Làm mát máy ................................................................................................7 III.4. Làm kín máy .................................................................................................8 III.5. Làm sạch máy ...............................................................................................9 III.5. Chức năng bảo vệ bề mặt..............................................................................9 IV. Thành phần của dầu nhờn................................................................................9 IV.1. Dầu gốc chế biến từ dầu mỏ .......................................................................10 IV.1.1. Thành phần hydrocacbon của dầu gốc ....................................................10 IV.2. Dầu nhờn tổng hợp .....................................................................................11 IV.2.1. Nhóm hydrocacbon tổng hợp ..................................................................12 IV.2.2. Nhóm các este hữu cơ..............................................................................12 IV.2.3. Nhóm este photphat .................................................................................13 IV.2.4. Nhóm polyalkyl glycol ............................................................................13 V. Phân loại dầu nhờn..........................................................................................14 V.3. Phân loại theo ý nghĩa sử dụng ....................................................................15 VI. Các chỉ tiêu chất lượng của dầu nhờn ...........................................................16 VI.1. Khối lượng riêng và tỉ trọng ......................................................................16 VI.2. Màu sắc của dầu nhờn ................................................................................16 VI.3. Độ nhớt của dầu nhờn.................................................................................17 VI.4. Chỉ số độ nhớt.............................................................................................17 VI.5. Tính bay hơi của dầu nhờn .........................................................................17 VI.6. Tính bảo vệ kim loại của dầu nhờn ............................................................17 VI.7. Độ sạch của dầu nhờn.................................................................................19 VI.8. Độ ổn định oxi hóa .....................................................................................19 VI.9. Tính tạo bọt của dầu bôi trơn......................................................................19 VI.10. Tính tạo nhũ và tính tách nhũ của dầu bôi trơn ........................................19 VII. Công nghệ sản xuất dầu nhờn gốc từ mazut ................................................20 VII.1. Giới thiệu về mazut ...................................................................................20 VII.2. Quy trình công nghệ sản xuất dầu nhờn gốc từ mazut..............................21 VII.2.1. Chưng cất chân không............................................................................21 VIII.2.2. Các quá trình trích ly, chiết tách bằng dung môi ..................................21 VII.2.3. Quá trình tách sáp...................................................................................21 VII.2.4. Quá trình làm sạch bằng hidro ...............................................................21 CHƯƠNG II: DẦU NHỜN SINH HỌC .............................................................23 I. Khái niệm .........................................................................................................23 II. Ưu điểm và nhược điểm của dầu nhờn sinh học .............................................23 II.1. Ưu điểm........................................................................................................23 II.2. Nhược điểm ..................................................................................................24 III. Vấn đề sử dụng và nghiên cứu dầu nhờn sinh học trong và ngoài nước .......24 CHƯƠNG III: GIỚI THIỆU VỀ CÁ BASA VÀ PHƯƠNG PHÁP TRANSESTER HÓA ...........................................................................................26 I. Giới thiệu về cá basa và thành phần hóa học của dầu mỡ................................26 I.1. Các đặc điểm chính của cá basa ....................................................................26 I.2. Thành phần hóa học của dầu mỡ ...................................................................27 I.3. Các loại axit béo trong mỡ cá basa................................................................28 I.4. Ứng dụng của mỡ cá basa ..............................................................................29 II. Phương pháp transester hóa dầu mỡ ...............................................................30 II.1. Các loại xúc tác dùng trong phản ứng transester hóa ..................................32 II.1.1. Sử dụng xúc tác axit ..................................................................................32 II.1.2. Sử dụng xúc tác bazơ ................................................................................32 II.1.3. Sử dụng xúc tác enzym .............................................................................34 II.1.4. Sử dụng xúc tác zeolit ...............................................................................34 PHẦN BA: THỰC NGHIỆM ...........................................................................35 CHƯƠNG I: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................36 I. Nội dung nghiên cứu ........................................................................................36 II. Phương pháp nghiên cứu.................................................................................38 II.1. Cơ sở để dự đoán các vết xuất hiện trên bảng mỏng ...................................38 CHƯƠNG II: PHẦN THỰC NGHIỆM ..............................................................40 I. Hóa chất, thiết bị và dụng cụ nghiên cứu .........................................................40 I.1. Hóa chất .........................................................................................................40 I.2. Thiết bị và dụng cụ ........................................................................................40 II. Điều chế metyl este của các axit béo ..............................................................40 II.1. Chuẩn bị nguyên liệu ...................................................................................40 II.2. Xử lý sơ bộ nguyên liệu ...............................................................................41 II.3. Đánh giá chất lượng nguyên liệu .................................................................41 II.3.1. Chỉ số axit .................................................................................................41 II.3.2. Chỉ số xà phòng.........................................................................................42 II.3.3. Chỉ số iod ..................................................................................................43 II.3.4. Kết quả xác định một số chỉ tiêu chất lượng.............................................44 II.4. Điều chế metyl este của các axit béo ...........................................................44 III. Điều chế dầu nhờn sinh học...........................................................................47 III.1. Quá trình thực hiện .....................................................................................47 III.2. Kết quả khảo sát..........................................................................................49 III.2.1. Khảo sát tỉ lệ mol .....................................................................................49 III.2.2. Khảo sát lượng xúc tác