Luận án Nghiên cứu biến tính vỏ trấu thành xúc tác cacbon hóa mao quản trung bình, sử dụng để tổng hợp dầu nhờn sinh học

Tên luận án:

NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH VỎ TRẤU THÀNH XÚC TÁC CACBON HÓA MAO QUẢN TRUNG BÌNH, SỬ DỤNG ĐỂ TỔNG HỢP DẦU NHỜN SINH HỌC

Ngành:

Kỹ thuật Hóa học

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án tiến sĩ của Võ Văn Hùng tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội năm 2021 tập trung vào việc biến tính vỏ trấu thành xúc tác cacbon hóa mao quản trung bình để tổng hợp dầu nhờn sinh học (DNSH). Nghiên cứu này giải quyết thách thức trong việc tìm kiếm các xúc tác axit hiệu quả, bền vững và thân thiện với môi trường để chuyển hóa dầu thực vật thành DNSH, vốn là sản phẩm "xanh" có khả năng phân hủy sinh học tốt hơn dầu nhờn khoáng.

Đề tài đã thành công trong việc chế tạo xúc tác mesocacbon (MQTB) từ biochar-S vỏ trấu, cả khi có và không tách silica, bằng phương pháp ngưng tụ - bay hơi dung môi. Các xúc tác này sở hữu cấu trúc MQTB trật tự, bề mặt riêng cao, mao quản tập trung với kích thước phù hợp cho phân tử triglyxerit lớn, cùng với các tâm axit mạnh (-SO3H) bền vững, độ bền nhiệt và thủy nhiệt cao. Các phương pháp phân tích hiện đại như XPS, TG-DSC-MS đã được sử dụng để đặc trưng cấu trúc đa vòng thơm ngưng tụ và xác định tâm hoạt tính.

Một đóng góp quan trọng khác là việc tạo hạt thành công cho xúc tác mesocacbon vỏ trấu, cải thiện đáng kể các tính chất cơ lý như giảm thời gian lắng tách từ 36 giờ xuống 1,5 giờ và tăng hiệu suất thu hồi lên tới trên 99%, mà không làm giảm bề mặt riêng hay cấu trúc MQTB.

Nghiên cứu cũng khảo sát quá trình tổng hợp DNSH gốc dạng este từ dầu thầu dầu và xác định được các thông số công nghệ tối ưu: nhiệt độ 130°C, thời gian 6 giờ, tỷ lệ mol anhydrit axetic/dầu thầu dầu 6/1, tỷ lệ mol H2O2/dầu thầu dầu 4/1, hàm lượng xúc tác 10% khối lượng dầu và tốc độ khuấy trộn 600 vòng/phút, đạt hiệu suất khoảng 92,5%. Khả năng tái sử dụng của xúc tác cũng rất tốt, duy trì hiệu suất trên 80% sau 14 lần sử dụng. DNSH gốc dạng este được tổng hợp có chất lượng tốt, đáp ứng hầu hết các chỉ tiêu thương phẩm, trong khi DNSH gốc dạng polyol có độ nhớt quá cao cần cải thiện thêm.

Mục lục chi tiết:

B. NỘI DUNG LUẬN ÁN

Chương I. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT

• 1.1. TỔNG QUAN VỀ DẦU NHỜN VÀ CÔNG DỤNG CỦA DẦU NHỜN
• 1.2. TỔNG QUAN VỀ DẦU NHỜN SINH HỌC
• 1.3. TỔNG QUAN VỀ XÚC TÁC CHO QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP DNSH
• ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN
  • +) Chế tạo, đặc trưng xúc tác mesocacbon từ nguyên liệu vỏ trấu theo phương pháp khuôn mẫu mềm. Xúc tác có lực axit mạnh, bền vững, có bề mặt riêng cao và có các mao quản phân bố tập trung trong vùng kích thước thích hợp.
  • +) Đánh giá ảnh hưởng của việc tách và không tách Si trong nguyên liệu vỏ trấu đến cấu trúc và hoạt tính của xúc tác mesocacbon vỏ trấu trong quá trình tổng hợp DNSH.
  • +) Ứng dụng xúc tác mesocacbon vỏ trấu vào quá trình chuyển hóa dầu thầu dầu thành DNSH gốc dạng este, dạng polyol và đánh giá các tính chất của các sản phẩm DNSH gốc thu được.

Chương II. THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

• 2.1. HÓA CHẤT VÀ NGUYÊN LIỆU SỬ DỤNG TRONG LUẬN ÁN
• 2.2. CHẾ TẠO XÚC TÁC MESO CACBON VỎ TRẤU
  • 2.2.1. Chế tạo xúc tác mesocacbon vỏ trấu từ biochar-S không tách Si (xúc tác MRC)
  • 2.2.2. Chế tạo xúc tác mesocacbon vỏ trấu từ biochar-S đã tách Si (xúc tác MRC-deSi)
• 2.3. ĐÁNH GIÁ ĐỘ BỀN NHIỆT CỦA XÚC TÁC MRC VÀ MRC-deSi
• 2.4. ĐÁNH GIÁ ĐỘ BỀN THỦY NHIỆT CỦA XÚC TÁC MRC VÀ MRC-deSi
• 2.5. TẠO HẠT CHO XÚC TÁC MRC VÀ MRC-deSi
• 2.6. TỔNG HỢP DNSH TỪ DẦU THẦU DẦU TRÊN XÚC TÁC MRC VÀ MRC-deSi
  • 2.6.1. Xác định một số chỉ tiêu cơ bản của dầu dầu thầu
  • 2.6.2. Quá trình tổng hợp DNSH từ dầu thầu dầu
  • 2.6.3. Các thông số khảo sát trong quá trình tổng hợp DNSH từ dầu thầu dầu
  • 2.6.4. Tái sử dụng xúc tác MRC và MRC-deSi
• 2.7. CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH HÓA LÝ ĐỂ ĐẶC TRƯNG XÚC TÁC

Chương III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

• 3.1. TÍNH CHẤT CỦA NGUYÊN LIỆU VÀ TIỀN CHẤT ĐỂ CHẾ TẠO XÚC TÁC MESO CACBON VỎ TRẤU
  • 3.1.1. Tính chất của vỏ trấu
  • 3.1.2. Tính chất của biochar và biochar sunfo hóa từ vỏ trấu
• 3.2. CHẾ TẠO XÚC TÁC MESO CACBON VỎ TRẤU TỪ TIỀN CHẤT BIOCHAR-S KHÔNG TÁCH SILICA
  • 3.2.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ ngưng tụ đến cấu trúc xúc tác mesocacbon vỏ trấu
  • 3.2.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ khối lượng chất tạo cấu trúc CTAB/biochar-S đến cấu trúc xúc tác mesocacbon vỏ trấu
  • 3.2.3. Giản đồ XRD góc rộng của các xúc tác mesocacbon vỏ trấu tại các tỷ lệ CTAB/biochar-S khác nhau
  • 3.2.4. Hình thái học của xúc tác mesocacbon vỏ trấu
  • 3.2.5. Đặc trưng các nhóm chức có trong xúc tác thông qua phổ FT-IR
• 3.3. CHẾ TẠO XÚC TÁC MESOCACBON VỎ TRẤU TỪ TIỀN CHẤT BIOCHAR-S ĐÃ TÁCH SILICA
  • 3.3.1. Giản đồ XRD
  • 3.3.2. Phổ FT-IR
  • 3.3.3. Cấu trúc xốp và phân bố mao quản
  • 3.3.4. Lực axit theo TPD-NH3
  • 3.3.5. Độ bền nhiệt và độ bền thủy nhiệt
    • a. Độ bền nhiệt
    • b. Độ bền thủy nhiệt
  • 3.3.6. Phân tích môi trường liên kết quanh các nguyên tố trong các xúc tác theo phổ XPS
• 3.4. NGHIÊN CỨU TẠO HẠT CHO XÚC TÁC
• 3.5. KẾT QUẢ KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP DẦU NHỜN SINH HỌC
  • 3.5.1. Một số tính chất của dầu thầu dầu
  • 3.5.2. Kết quả khảo sát quá trình tổng hợp DNSH gốc dạng este
  • 3.5.3. Một số tính chất của DNSH gốc este đã tổng hợp
  • 3.5.4. Dầu nhờn sinh học gốc dạng polyol
  • 3.5.5. Khả năng tái sử dụng của xúc tác MRC và MRC-deSi

KẾT LUẬN