BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

LÊ NGỌC AN

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

Lê Ngọc An

KỸ THUẬT HÓA HỌC

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO XÚC TÁC BẰNG PHƢƠNG PHÁP
CACBON HÓA NGUỒN SINH KHỐI BÃ TẢO VÀ THỬ
NGHIỆM TRONG PHẢN ỨNG TRAO ĐỔI ESTE THU
NHIÊN LIỆU LỎNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT HÓA HỌC

2014B

Hà Nội – Năm 2016

Học viên: Lê Ngọc An

Trang i


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

Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn tới các anh chị, bạn bè đã luôn ủng hộ, động viên và
giúp đỡ em hoàn thành luận văn tốt nghiệp này.
Em xin chân thành cảm ơn!

Học viên: Lê Ngọc An

Trang iii


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng:
Số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là hoàn toàn trung thực và chƣa
từng đƣợc sử dụng hoặc công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn đã đƣợc cảm ơn và các thông tin trích
dẫn trong luận văn đều đƣợc ghi rõ nguồn gốc.

Học viên: Lê Ngọc An

Trang iv


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................IV
DANH MỤC CÁC BẢNG ............................................................................................... VIII
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .............................................................................IX
Chƣơng 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT .............................................................................. 2
1.1. TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU BIODIESEL ............................................................. 2
1.1.1. Định nghĩa biodesel ..................................................................................................... 2
1.1.2. Ƣu, nhƣợc điểm của nhiên liệu biodiesel .................................................................... 2

3.1.1. Một số tính chất hóa lý của bã tảo ............................................................................. 39
3.1.2. Kết quả đo phổ FT-IR của bột đen và xúc tác cacbon hóa bã tảo ............................. 40
3.1.3. Giản đồ XRD ............................................................................................................. 44
3.1.4. Ảnh SEM ................................................................................................................... 45
3.1.5. Phổ EDX của bột đen và xúc tác cacbon hóa bã tảo ................................................. 46
3.1.6. Giản đồ TPD- NH3 của bột đen và xúc tác cacbon hóa bã tảo .................................. 48
Học viên: Lê Ngọc An

Trang v


3.2. TỔNG HỢP BIODIESEL TỪ DẦU VI TẢO TRÊN XÚC TÁC CACBON HÓA BÃ
TẢO ..................................................................................................................................... 50
3.2.1. Kết quả các đặc trƣng hóa lý của nguyên liệu dầu vi tảo .......................................... 50

Học viên: Lê Ngọc An

Trang vi


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

ASTM: Tiêu chuẩn theo Mỹ
TCVN: Tiêu chuẩn theo Việt Nam
K 100: Kerosen 100%
KLM: Hãng hàng không Hà Lan
XRD: Phổ nhiễu xạ tia X
SEM: Ảnh kính hiển vi điện tử quét
TEM: Ảnh kính hiển vi điện tử truyền qua
GC-MS: Phƣơng pháp sắc ký kết nối khối phổ

Hình 2.1. Sơ đồ thiết bị phản ứng sunfo hóa ....................................................................... 29
Hình 2.2. Sơ đồ thiết bị phản ứng tổng hợp biodiesel ......................................................... 30
Bảng 3.1. Một số tính chất của bã tảo ................................................................................. 39
Hình 3.1. Phổ FT-IR của mẫu bột đen tại các điều kiện nhiệt độ khác nhau ...................... 41
Hình 3.2. Phổ FT-IR của mẫu bột đen theo thời gian cacbon hóa ...................................... 42
Hình 3.3. Phổ FT-IR của bột đen ........................................................................................ 43
Hình 3.4. Phổ FT-IR của xúc tác cacbon hóa bã tảo ........................................................... 43
Hình 3.5. Phổ XRD của bột đen .......................................................................................... 44
Hình 3.6. Phổ XRD của xúc tác .......................................................................................... 44
Hình 3.7. Ảnh SEM của bột đen và xúc tác ở các độ phóng đại khác nhau........................ 45
Hình 3.8. Phổ EDX của bột đen .......................................................................................... 46
Hình 3.9. Phổ EDX của xúc tác cacbon hóa bã tảo ............................................................. 47
Hình 3.10. Giản đồ TPD-NH3 của bột đen .......................................................................... 48
Hình 3.11. Giản đồ TPD-NH3 của xúc tác cacbon hóa bã tảo ............................................ 49
Hình 3.12. Sắc ký đồ của biodiesel thu đƣợc từ dầu vi tảo họ botryococcus ...................... 52

Học viên: Lê Ngọc An

Trang ix


MỞ ĐẦU
Nhiên liệu sinh học (NLSH), trong đó có biodiesel là một trong những hƣớng đi tiềm
năng trong việc giải qu ết vấn đề năng lƣợng trong tƣơng lai, khi mà nguồn nhiên liệu hóa
thạch đang dần cạn kiệt. Nhiên liệu sinh học sản xuất từ nguyên liệu thế hệ thứ nhất là các
loại câ lƣơng thực, thực phẩm nhƣ ngô, sắn, mía, đậu nành, hạt cải… tu làm giảm đáng
kể khí CO2 phát thải so với nhiên liệu hóa thạch, nhƣng không phát triển bền vững. Sản
xuất biodiesel đi từ những nguồn nguyên liệu thế hệ thứ hai và thứ ba đang ngà càng trở
nên phổ biến trên thế giới.
Hiện nay, nhiên liệu sinh học đƣợc sản xuất từ vi tảo đang đƣợc tập trung nghiên cứu

và triglyxerit, hoặc axit béo tự do trong dầu thực vật hoặc mỡ động vật. Khi chuyển hóa
triglyxerit thành biodiesel, cấu trúc gốc axit béo không hề tha đổi cho nên thành phần axit
béo quyết định luôn tính chất của biodiesel. Vì vậ biodiesel đƣợc xem là các alkyl este,
thông dụng nhất là metyl este tạo thành từ dầu mỡ động thực vật [1]. Tùy thuộc vào loại
dầu và loại rƣợu sử dụng mà ankyl este có tên gọi khác nhau.
Ví dụ:
+ Nếu đi từ dầu câ đậu nành so bean và metanol thì ta thu đƣợc SME (soy metyl
este . Đâ là loại este thông dụng nhất tại Mỹ.
+ Nếu đi từ dầu cây cải dầu rapeseed và metanol thì ta thu đƣợc RME (rapeseed
met l este . Đâ là loại este thông dụng nhất sử dụng tại châu Âu.
Các axit béo trong dầu, mỡ có số cacbon tƣơng đƣơng với các phân tử có trong diesel
khoáng, hơn nữa cấu trúc của những axit này là mạch thẳng nên chỉ số xetan cao. Đâ
cũng là lý do để chọn dầu mỡ động thực vật làm nguyên liệu sản xuất biodiesel.
Trong biodiesel hàm lƣợng lƣu huỳnh rất thấp, không chứa hợp chất thơm và hàm
lƣợng oxy khá cao [2].
1.1.2. Ƣu, nhƣợc điểm của nhiên liệu biodiesel
1.1.2.1. Ưu điểm
 Trị số xetan cao: Trị số xetan là một trong những êu cầu rất quan trọng cho nhiên
liệu của động cơ diesel. Nó đặc trƣng cho khả năng bắt chá của nhiên liệu cũng nhƣ tính
ổn định của động cơ. Trị số xetan càng cao thì sự mồi lửa và sự chá càng tốt, động cơ
chạ đều đặn hơn. Nhiên liệu diesel thông thƣờng có trị số xetan từ 50 đến 54, trong khi
đó biodiesel có trị số xetan từ 56 đến 58. Sở dĩ biodiesel có trị số xetan cao nhƣ vậ vì
biodiesel có các alk l este mạch thẳng có khả năng tự bắt chá cao. Với trị số xetan nhƣ
vậ , biodiesel hoàn toàn có thể dễ dàng đáp ứng êu cầu của những động cơ đòi hỏi nhiên
Học viên: Lê Ngọc An

Trang 2


liệu chất lƣợng cao với khả năng tự bắt chá cao mà không cần phụ gia tăng trị số xetan.

sản xuất các rƣợu béo, ứng dụng trong dƣợc phẩm và mỹ phẩm, các alkanolamin,
Học viên: Lê Ngọc An

Trang 3


isoprop lic este, các pol este đƣợc ứng dụng nhƣ chất nhựa, chất hoạt động bề mặt…
 Giảm đáng kể lượng khí thải gây độc hại với con người và gây ô nhiễm môi trường:
So với nhiên liệu diesel tru ền thống thì biodiesel có lƣợng khí thải thấp hơn nhiều;
Biodiesel không thải khí lƣu huỳnh dioxit, cacbon dioxit và giảm đến 20% khí cacbon
monooxit và có nhiều ox tự do:
 Không thải khí SO2
 Không thải khí CO2
 Giảm lƣợng khói muội từ 40% đến 60%
 Giảm lƣợng khí CO từ 10% đến 15%
 Lƣợng h drocarbon từ 10% đến 15%
 Lƣợng h drocacbon thơm đa vòng: Giảm 97% phenanthren, 56% benzofloanthen,
71% benzap ren, lƣợng khí NOx từ 5% đến 10%.
 Dễ dàng sản xuất: Do nguồn ngu ên liệu để sản xuất biodiesel là nguồn dầu thực
vật và mỡ động vật, là những nguồn ngu ên liệu có khả năng tái sinh và không làm ảnh
hƣởng đến nguồn năng lƣợng tự nhiên. Vì vậ nguồn ngu ên liệu để sản xuất biodiesel có
thể đƣợc cung cấp chủ động và dễ dàng.
1.1.2.2. Nhược điểm
Bên cạnh rất nhiều ƣu điểm kể trên của biodiesel thì nhiên liệu nà cũng có một số
nhƣợc điểm sau:
 Giá thành cao: Biodiesel thu đƣợc từ dầu thực vật tinh khiết có giá thành đắt hơn
so với nhiên liệu diesel thông thƣờng. Tu nhiên nhƣợc điểm nà có thể khắc phục đƣợc
bằng cách đi từ những nguồn ngu ên liệu rẻ tiền hơn nhƣ dầu sơ chế hoặc dầu thu hồi.
Đồng thời quá trình sản xuất biodiesel có sản phẩm phụ là gl xerin, hóa chất có nhiều ứng
dụng trong công nghiệp nhƣ sản xuất mực viết, kem đánh răng, thuốc lá và các loại muối

0,5 mg KOH/g dầu. Đối với dầu đã đƣợc tinh chế thì có thể sử dụng nga để tiến hành
phản ứng; nhƣng đối với dầu thực vật thô hay dầu thải có chỉ số axit cao và nhiều các tạp
chất hữu cơ khác thì phải tiến hành tinh chế để loại bớt thành phần axit béo và các tạp
chất, theo cách trung hòa kiềm [1].
Việc sử dụng dầu thực vật nhƣ một nhiên liệu thay thế để cạnh tranh với dầu mỏ đã
đƣợc bắt đầu từ những năm 1980, vì những thuận lợi của các loại dầu thực vật so với
nhiên liệu diesel khoáng là chúng có thể nuôi trồng, sẵn có, có khả năng tái sinh đƣợc,
hàm lƣợng chất thơm ít hơn, khả năng dễ bị vi khuẩn phân hủ , độ nhớt cao hơn, khả năng
ba hơi thấp hơn. Vấn đề chính liên quan đến việc hạn chế sử dụng trực tiếp dầu thực vật
là độ nhớt quá cao, do vậy cần phải có quá trình chế biến thích hợp.
Các nguyên liệu dầu thực vật để sản xuất biodiesel là: Dầu đậu nành, dầu sở, dầu
bông, dầu cọ… ha các loại mỡ động vật nhƣ mỡ cá, mỡ bò. Tù vào điều kiện từng nƣớc
mà có thể sản xuất biodiesel từ các nguồn nguyên liệu khác nhau. Chẳng hạn nhƣ ở Mỹ,
ngƣời ta sản xuất biodiesel chủ yếu từ dầu đậu nành, ở châu Âu sản xuất biodiesel chủ yếu
từ dầu hạt cải [36].

Học viên: Lê Ngọc An

Trang 5


Nguồn nguyên liệu cho sản xuất biodiesel cần đáp ứng hai yếu tố sau: giá thành (giá
nguyên liệu rẻ cùng với chi phí sản xuất cũng phải thấp; hơn 80% chi phí sản xuất tƣơng
ứng với giá của nguyên liệu) và nguồn cung cấp (phải lớn và dồi dào [4]. Cũng phải cần
xem xét tới hàm lƣợng dầu có trong các loại hạt, thực vật nguyên liệu và hiệu suất thu dầu
trên một đơn vị diện tích (hecta). Theo các số liệu cụ thể liên quan tới hiệu suất thu dầu
của các loại thực vật khác nhau đã đƣợc công bố, nổi bật nhất là dầu cọ, dƣới các điều kiện
nuôi trồng thƣơng mại, có thể thu đƣợc hiệu suất dầu lên lới 4000 kg/hecta [36]. Tuy
nhiên, đối với các loại thực vật đƣợc dùng làm thực phẩm cho con ngƣời thì chúng có một
điểm bất lợi đó là: Khi sử dụng các loại cây trồng nà để sản xuất biodiesel với qui mô lớn

liệu hóa thạch. Tảo là loại thực vật bậc thấp trong hệ sinh thái, tồn tại chủ yếu trong môi
trƣờng nƣớc nƣớc ngọt, lợ hoặc nƣớc biển), có khả năng chu ển hóa năng lƣợng mặt trời
và khí CO2 thành sinh khối vi tảo. Do vậy, sinh khối vi tảo đã trở thành nguyên liệu quan
trọng để sản xuất các nhiên liệu nhƣ: Biodiesel, etanol, green diesel… Sinh khối vi tảo còn
lại có thể dùng làm thực phẩm, dƣợc phẩm, thức ăn chăn nuôi…[8].
Sau đâ là bảng so sánh năng suất thu hồi sinh khối từ các loại cây chứa dầu.

Bảng 1.1. Năng suất thu sinh khối của cây lấy dầu
STT

Năng suất (tấn/ha/năm)

Sinh khối

1

Đậu nành

1-2,5

2

Cây cải dầu

3

3

Cọ


Năng suất chất


(% trọng lƣợng khô)

béo thu đƣợc

Botryococus brauni

25-75

-

Chrorella sp

28-32

42.1

Crypthecoinium cohnii

20-51,1

-

Dunaliella tertiolecta

16,1-71

-


Neochloris oleoabundans

35-54

90-134

Nannochloropsis oculata

22.7—29.7

84-142

Phaeodatylum tricornutum

20-30

44.8

Schizochytrium sp

50-77

-

Skeletonema costatum

13.5-51.3

17.4

- Nghiên cứu giảm giá thành sản xuất sinh khối thông qua tối ƣu hóa các quá trình
nuôi trồng, thu hoạch sinh khối, nhằm tạo ra ngu ên liệu vi tảo có giá cạnh tranh so với
các ngu ên liệu khác.
- Kết hợp sản xuất sinh khối và xử lý nƣớc thải từ các làng nghề tru ền thống hoặc
hấp thụ CO2 từ các nhà má điện. Sử dụng các sản phẩm đƣợc loại ra trong quá trình sản
xuất biodiesel nhƣ gl xerin làm nguồn cacbon nuôi trồng các loại vi tảo giàu dinh dƣỡng
khác nhau.
- Phát triển qu trình chu ển hóa sinh khối vi tảo thành dầu, sau đó thành biodiesel.
Thành phần axit béo ứng với mỗi loại vi tảo là khác nhau, dẫn đến qu trình chu ển hóa
và chất lƣợng biodiesel ứng với từng loại sinh khối cũng khác nhau. Tối ƣu hóa qu trình
chu ển hóa cũng là êu cầu để giảm giá thành biodiesel và nâng cao chất lƣợng của
ngu ên liệu vi tảo [9].
Những kết quả nghiên cứu cho thấy tảo biển Chrorella có nhiều triển vọng ứng dụng
tại Việt Nam, là nguồn sản xuất biodiesel phong phú mà không xâm hại an ninh lƣơng
thực nhƣ những loại cây trồng lấy dầu khác. Đặc biệt, tảo còn có thể tồn tại ở bất cứ nơi
nào đủ ánh sáng, kể cả vùng hoang dại, nƣớc mặn, nƣớc thải, lại có khả năng làm sạch môi
trƣờng thải. Nghiên cứu sử dụng nguồn tảo giống Chrorella trong nƣớc, đƣợc cung cấp từ
Khoa Thủy sản Trƣờng ĐH Nông Lâm TP.HCM, Khoa Thủy sản Trƣờng ĐH Cần Thơ và
Trung tâm Quốc gia giống Hải sản Nam Bộ. Thí nghiệm cho thấy tảo Chrorella cho dầu
màu vàng sậm, năng suất chuyển đổi thành biodiesel là 97% sau 2giờ phản ứng.
1.3.3. Sinh khối bã tảo và các ứng dụng
Bã tảo là thuật ngữ dùng để chỉ phần chất rắn còn lại sau quá trình chiết tách dầu khỏi
sinh khối vi tảo. Do quá trình chiết tách dầu từ sinh khối vi tảo đã tách loại đƣợc các
triglyxerit, axit béo tự do và các hydrocacbon nên thành phần hóa học của bã tảo sẽ không
Học viên: Lê Ngọc An

Trang 9


chứa những chất này. Bã tảo nhƣ vậy sẽ gồm các thành phần chủ yếu nhƣ cacboh drat

Theo đó, bã tảo sẽ đƣợc đƣa vào quá trình thu hồi, thủ phân để tạo ra các hợp chất
Học viên: Lê Ngọc An

Trang 10


cabohydrat có giả trị. Kết quả cho thấy, maltodextrin phân tử khối thấp đạt hiệu suất thu
hồi cao nhất khi sử dụng xúc tác 3% H2SO4 tại nhiệt độ 900C trong thời gian thủy phân 1
giờ. Đặc biệt là maltodextrin thu đƣợc từ quá trình thủy phân có khả năng kháng enz m rất
tốt.
Naim Rashid và cộng sự [12] nghiên cứu phân tích thành phần của bã tảo sau quá
trình trích ly lipid cho biết, bã tảo chứa chủ yếu protein, cacbohydrat, tro và một phần nhỏ
lipid chƣa trích l cùng một số thành phần không xác định. Trong một số trƣờng hợp (tổng
hợp biogas), bã tảo cần thiết phải tiền xử lý trƣớc khi có thể ứng dụng. Bã tảo trong quá
trình sản xuất biogas có thế phối trộn với nhiều loại sinh khối giàu cacbon nhƣ các loại
giấy phế phẩm, hoặc cũng có thể làm thức ăn chăn nuôi gia súc, tách loại kim loại để làm
các chất hấp phụ sinh học… Theo nhóm tác giả nảy bã tảo có thể có rất nhiều ứng dụng
trong việc sản xuất các sản phẩm nhƣ h dro, etanol, metan, dầu sinh học, các chất hấp
phụ…
Ngoài ra bã tảo là một hƣớng đi tiềm năng trong việc tổng hợp xúc tác axit rắn trên cơ
sở cacbon hóa để sản xuất biodiesel. Xúc tác axit rắn nền cacbon sẽ đƣợc trình bày cụ thể
ở phần tiếp theo của luận văn, đâ là xúc tác đi từ D-glucozơ, thƣờng gọi là ―sugar
catal st‖ đƣợc nghiên cứu để làm xúc tác cho quá trình tạo ra biodiesel. Loại vật liệu mới
này hội tụ nhiều ƣu điểm: Hoạt tính cao, ổn định, chi phí sản xuất thấp hơn. Xúc tác axit
rắn đi từ D-glucozơ lần đầu đƣợc công bố bởi Toda và cộng sự (2005) [13], ứng dụng vào
quá trình este hóa các axit béo mạch dài để sản xuất biodiesel. Sau đó, trong một tài liệu
công bố năm 2007 của tác giả Zong [14] đã mở rộng phạm vi nghiên cứu của Toda trong
việc thử độ phản ứng của loại xúc tác này với năm mƣơi lần tái sử dụng xúc tác thành
công. Cấu trúc, các đặc trƣng lý hóa, hoạt tính, độ bền vững cũng nhƣ khả năng ứng dụng
của loại xúc tác mới nà đều đƣợc công bố cao hơn các loại xúc tác rắn khác nhƣ zirconi

cƣờng hiệu suất cho phản ứng ở nhiệt độ tƣơng đối thấp. Các loại xúc tác axit đồng thể và
xúc tác dị thể (xúc tác rắn đƣợc sử dụng ít hơn [36].
Ƣu điểm của việc sử dụng xúc tác đồng thể axit hoặc bazơ là hiệu suất cao với chi phí
thấp và đặc tính tốt, cả hai loại xúc tác đều cần lƣợng dƣ alcol, điều này có thể dẫn tới
nhiều vấn đề khác nảy sinh và liên quan tới các yêu cầu về kỹ thuật phức tạp. Việc sử
dụng xúc tác đồng thể thƣờng bị giới hạn trong các quá trình gián đoạn và kèm theo đó là
công đoạn tách xúc tác ra khỏi sản phẩm. Bên cạnh đó, gl xerin sinh ra trong quá trình
phản ứng sẽ hòa tan xúc tác bazơ và kéo xúc tác ra khỏi môi trƣờng phản ứng. Một khó
khăn nữa khi sử dụng xúc tác bazơ đồng thể là tính nhạy của nó với sự có mặt của axit béo
và nƣớc, dẫn tới hiện tƣợng xà phòng hóa.
Thông thƣờng, xúc tác bazơ thích hợp nhất cho phản ứng trao đổi este với triglyxerit,
trong khi đó xúc tác axit thích hợp cho phản ứng este hóa các axit béo. Bởi vậy, các
nguyên liệu chứa axit béo có thể yêu cầu cả hai loại xúc tác axit và bazơ với phản ứng
hai giai đoạn; khi đó xúc tác axit đƣợc sử dụng ở giai đoạn thứ nhất cần phải đƣợc loại bỏ

Học viên: Lê Ngọc An

Trang 12


trƣớc khi thêm xúc tác bazơ ở giai đoạn thứ hai. Tuy nhiên một nhƣợc điểm lớn của các
xúc tác axit đồng thể là sự ăn mòn thiết bị.
Các xúc tác dị thể có ƣu điểm so với xúc tác đồng thể ở khả năng tái sử dụng và dễ
dàng tách ra khỏi sản phẩm phản ứng đều thực hiện tại công đoạn làm sạch). Thêm vào
đó, chúng không gâ ra hiện tƣợng xà phòng hóa, cho độ chọn lọc đối với sản phẩm chính
là biodiesel và đơn giản hóa việc tinh chế glyxerit (có thể thu 99% glyxerit sạch so với
75% của quá trình sử dụng xúc tác đồng thể) [36]. Nói chung các loại xúc tác dị thể có khả
năng chịu đƣợc sự có mặt của nƣớc và các axit béo hơn xúc tác đồng thể. Tuy nhiên, các
xúc tác dị thể cho sản xuất biodiesel thƣờng yêu cầu các điều kiện phản ứng khắt khe hơn
xúc tác đồng thể, nhƣ nhiệt độ và áp suất cao hơn. Các xúc tác đó đƣợc mang trên chất

Các hợp chất hóa học có tính kiềm nhƣ NaOH, KOH, NaOCH3 là những xúc tác
thƣờng sử dụng trong phản ứng chuyển hóa dầu mỡ thành nhiên liệu biodiesel. Joseph
Thompson và các cộng sự đã nghiên cứu về phản ứng giữa metanol và dầu canola tại các
nồng độ xúc tác kiềm (NaOH, KOH, NaOMe, và KOMe), nhiệt độ, và tỷ lệ mol
metanol/dầu khác nhau. Các kết quả đã chỉ ra rằng có sự khác biệt rõ rệt về hiệu suất sản
phẩm giữa bốn loại xúc tác trên. Các xúc tác kali cho hiệu suất tốt hơn các xúc tác natri, và
các metoxide cho hiệu suất tốt hơn các h droxide tƣơng ứng [17].
Các akyloxit của một vài kim loại kiềm nhƣ NaOCH3 là chất xúc tác rất mạnh, cho
hiệu suất cao (>98%) trong thời gian ngắn (30 phút) mặc dù đƣợc sử dụng ở nồng độ thấp.
- Ƣu điểm:
+ Xúc tác đồng thể bazơ cho hiệu suất biodiesel cao.
- Nhƣợc điểm:
+ Quá trình lọc rửa biodiesel khó khăn.
+ Xúc tác không tái sử dụng và tái sinh đƣợc.
+ Mất nhiều chi phí để xử lý môi trƣờng vì sau mỗi lần phản ứng, hỗn hợp thải phải
bỏ đi [1,3].
1.4.1.3. Xúc tác enzym
Gần đâ có rất nhiều nhà nghiên cứu quan tâm đến khả năng ứng dụng xúc tác vi sinh
trong quá trình sản xuất biodiesel. Các enzym nhìn chung là xúc tác sinh học có đặc tính
pha nền, đặc tính nhóm chức và đặc tính lập thể trong môi trƣờng nƣớc. Cả hai dạng lipaza
ngoại bào và nội bào đều xúc tác một cách có hiệu quả cho quá trình trao đổi este của
triglixerit trong môi trƣờng hoặc nƣớc hoặc không nƣớc. Các phản ứng trao đổi este sử
dụng xúc tác enzym có thể vƣợt qua đƣợc tất cả các trở ngại gặp phải đối với quá trình
chuyển hóa hóa học trình bày ở trên. Đó là những sản phẩm phụ nhƣ metanol và glixerin
có thể đƣợc tách ra khỏi sản phẩm một cách dễ dàng mà không cần bất kì một quá trình
nào phức tạp, đồng thời các axit béo tự do có chứa trong dầu mỡ sẽ đƣợc chuyển hóa hoàn
toàn thành metyl este. Sử dụng xúc tác enz m có ƣu điểm là độ chuyển hóa cao nhất, thời
gian phản ứng ngắn nhất, quá trình tinh chế sản phẩm đơn giản. Nhƣng xúc tác nà chƣa
đƣợc ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp vì xúc tác enzym có giá thành rất cao. Để có thể
Học viên: Lê Ngọc An

- Nhóm thứ nhất là các oxit kim loại và các hỗn hợp oxit kim loại chứa ion sunfat
(SO42- và các oxit nà đƣợc biến tính bởi kim loại.
- Nhóm thứ hai là các oxit kim loại và hỗn hợp các oxit kim loại và các muối kim
loại…đƣợc xử lý bằng sự kết hợp với antimon florua hoặc nhôm florua.
- Nhóm thứ 3 là perfluorinat polime axit sunfuric.
- Nhóm thứ 4 và 5 là H-ZSM-5 và các loại axit phức dị đa tƣơng ứng.
Học viên: Lê Ngọc An

Trang 15


Xúc tác HZSM-5: Hiện na ở Thái Lan đã tổng hợp đƣợc biodiezel trên hệ xúc tác
HZSM-5. Đặc điểm của xúc tác nà là có tỉ lệ Si/Al = 18, bề mặt riêng 393 m2/g. Có thể
sử dụng hỗn hợp trộn cơ học giữa HZSM-5 và sunfat zirconi (ZrSO4 với tỉ lệ 0,1/0,9 đến
0,8/0.2. Bề mặt riêng BET của hỗn hợp nà tha đổi từ 191 đến 385 m2/g. Xúc tác loại
nà

thƣờng đƣợc sử dụng trong phản ứng điều chế biodiesel theo phƣơng pháp

hydrocracking.
- Nhóm cuối cùng là các hỗn hợp oxit đơn giản.
Các siêu axit rắn kim loại sunfat hóa và hỗn hợp oxit kim loại đã chứng tỏ hoạt tính
tốt đối với phản ứng tổng hợp biodiesel từ dầu thực vật và nhận đƣợc quan tâm của nhiều
nhà nghiên cứu. Furuta và cộng sự đã khảo sát phản ứng este chéo dầu đậu nành với
metanol ở 473-573K và phản ứng este hóa axit octanoic với metanol ở 458-473K tại áp
suất khí quyển trong thiết bị xúc tác tầng cố định. Các chất xúc tác đƣợc chọn gồm
WO3/ZrO2(WZA), SO42-/ZrO2 (SZA), SO42-/SnO2 (STO). Sau 20 phản ứng độ chuyển hóa
trên 80% với 3 xúc tác trong đó xúc tác WZA đạt hiệu suất cao nhất [1,3].
1.4.2.2. Xúc tác bazơ rắn
Xúc tác bazơ đồng thể cho hiệu suất thu biodiesel cao, tuy nhiên lại gặp một số trở