ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN PHẠM XUÂN THẮNG NGHIÊN CỨU PHẢN ỨNG CHUYỂN HÓA FRUCTOZƠ THÀNH 5-HYDROXYMETHYLFURFURAL TRÊN XÚC TÁC MCM-41 ĐƢỢC SUNFO HÓA LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội-tháng 12/ 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN PHẠM XUÂN THẮNG NGHIÊN CỨU PHẢN ỨNG CHUYỂN HÓA FRUCTOZƠ THÀNH 5-HYDROXYMETHYLFURFURAL TRÊN XÚC TÁC MCM-41 ĐƢỢC SUNFO HĨA Chun nghành: Hóa dầu Mã số: Chun ngành đào tạo thí điểm LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS.NGUYỄN THANH BÌNH Hà Nội- Tháng 12/2015 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS.Ngyễn Thanh Bình thầy giao đề tài, tận tình hƣớng dẫn, nhiệt tình bảo vấn đề học thuật tạo điều kiện sở vật chất nhƣ thời gian suốt trình em làm thực nghiệm hoàn thành luận văn Em chân thành cảm ơn toàn thể thầy khoa mơn tận tình truyền đạt kiến thức chuyên môn nhƣ kiến thức sống Tạo điều kiện cho em có môi trƣờng học tập nghiên cứu chuyên nghiệp Xin gửi lời cảm ơn tới anh, chị,em học viên sinh viên mơn góp sức tạo nên môi trƣờng nghiên cứu đầy nghiêm túc thân thiện Cuối em xin kính chúc quý thầy cô dồi sức khỏe thành công nghiệp cao quý Chúc anh, chị, em học viên sinh viên luôn cố gắng công tác học tập nghiên cứu Hà Nội, tháng 12 năm 2015 Học viên PHẠM XUÂN THẮNG DANH MỤC VIẾT TẮT CTAB Cetyl trimethyl amonium bromide IUPAC Quy định chung danh pháp quốc tế chất hóa học MCM-41 Họ vật liệu MQTB có cấu trúc lục lăng MQTB Mao quản trung bình SEM Scanning Electron Microscopy (hiển vi điện quét) TEM Tranmission Electron Microscopy (hiển vi điện tử truyền qua) TEOS Tetraethyl Orthosilicate UV-VIS Ultraviolet – Visible (tử ngoại khả kiến) XRD X-Ray Diffraction (Nhiễu xạ Rơnghen) DMSO Dimethylsulfoxide [BMIM][Cl] 1-ethyl-3-methylimidazolium chloride; [BMIM][BF4] 1-butyl 3-methyl imidazolium tetrafluoroborate; [BMIM][PF6] 1-butyl 3-methyl imidazolium hexafluorophosphate; DMF NMP Dimethylformamide, 1-methyl-2-pyrrolidinone; MIBK Methyl isobutyl ketone; DCM Dichloromethane; HT Mg–Al hydrotalcite; TPA 12-tungstophosphoric acid (H3PW12O40); MPA 12-molybdophosphoric acid (H3PMo12O40); TSA 12-tungstosilicic acid (H3SiW12O40); MSA 12-molybdosilicic acid (H3SiMo12O40); [BDMIM][Cl] 1-butyl-2,3-dimethylimidazolium chloride; MỞ ĐẦU Trong bối cảnh nhiện liệu hóa thạch (dầu mỏ, than đá,…) có nguy cạn kiệt trở nên đắt đỏ, trái đất nóng lên gia tăng phát thải khí cacbonic từ q trình sử dụng nguồn nhiên liệu hóa thạch Việt Nam nhƣ quốc gia giới tăng cƣờng mối quan tâm tìm nguồn lƣợng thay đảm bảo hai yếu tố nguồn lƣợng dài hạn, tái tạo đƣợc thân thiện với môi trƣờng Nhiên liệu sinh học đáp ứng đƣợc yếu tố Nhiên liệu sinh học (Biofuels) loại nhiên liệu đƣợc hình thành từ hợp chất có nguồn gốc động thực vật (sinh học) nhƣ nhiên liệu chế xuất từ chất béo động thực vật (mỡ động vật, dầu dừa, ), ngũ cốc ( lúa mỳ, ngô, đậu tƣơng ),chất thải nông nghiệp (rơm rạ, phân, ), sản phẩm thải công nghiệp (mùn cƣa, sản phẩm gỗ thải, bã mía ) So với nhiên liệu hóa thạch truyền thống, nhiên liệu sinh học có nhiều ƣu điểm bật sau: Thân thiện với mơi trường: Có nguồn gốc từ thực vật, mà thực vật trình sinh trƣởng (quang hợp) lại sử dụng điơxít cácbon (khí nhà kính) nên đƣợc xem nhƣ khơng góp phần làm trái đất nóng lên Nguồn nhiên liệu tái sinh: Các nhiên liệu lấy từ hoạt động sản xuất nơng nghiệp tái sinh Chúng giúp giảm lệ thuộc vào nguồn tài nguyên nhiên liệu không tái sinh truyền thống Một nhiên liệu sinh học đƣợc triển khai ứng dụng thƣơng mại sản phẩm xăng sinh học (Biogasoline) Đây loại nhiên liệu lỏng, có sử dụng ethanol nhƣ loại phụ gia nhiên liệu pha trộn vào xăng thay phụ gia chì Ethanol đƣợc chế biến thơng qua trình lên men sản phẩm hữu nhƣ tinh bột, lignocellulose Ethanol đƣợc pha chế với tỷ lệ thích hợp với xăng tạo thành xăng sinh học thay hoàn toàn cho loại xăng sử dụng phụ gia chì truyền thống Tuy nhiên, việc sản xuất ethanol sinh học từ nguồn tinh bột thực phẩm (nhiên liệu sinh học hệ thứ nhất) đƣợc cho không bền vững ảnh hƣởng tới an ninh lƣơng thực Khả sản xuất với quy mơ lớn cịn nguồn cung cấp khơng ổn định phụ thuộc vào thời tiết nông nghiệp Gần đây, nhiên liệu sinh học hệ thứ hai đời với ƣu tiên nguồn nguyên liệu bền vững Thế hệ nhiên liệu sinh học thứ hai từ lignocellulose đƣợc thải từ ngành lâm nghiệp, nông nghiệp, công nghiệp giấy chí từ hợp chất gây nhiễm mơi trƣờng Sử dụng sinh khối lignocellulose tạo phụ gia cho xăng nhƣ hợp chất 2,5-dimetylfuran (DMF) hay xăng sinh học (theo chuỗi phản ứng: Xenlulose  glucose (fructose) 5- hydroxylmethylfurfuran (HMF)  2,5-dimetylfuran (DMF), hay  phản ứng adol hóa tạo n-CnH2n+22 ) Trong mắt xích glucose (fructose)  HMF mắt xích quan trọng HMF đƣợc nhà hóa học tìm từ kỉ 19, nhiên hiệu suất độ chọn lọc sản phẩm HMF thấp Nhƣng thập kỉ gần đây, số phƣơng pháp tổng hợp HMF đƣợc đƣa cách sử dụng xúc tác đồng thể dị thể có đề cập đến xúc tác axit cho thấy kết khả quan Với vai trò quan trọng khả thƣơng mại hóa cao HMF quy trình tổng hợp xăng sinh học, luận văn này, chúng tơi nghiên cứu phản ứng chuyển hóa fructozơ thành 5- hydroxymethylfurfural xúc tác MCM-41 sunfonic hóa KẾT LUẬN Từ kết thực nghiệm thu đƣợc, rút đƣợc kết sau: - Đã tổng hợp thành công vật liệu mao quản trung bình MCM-41.Các đặc tính cấu trúc hình thái vật liệu đƣợc đánh giá qua phƣơng pháp XRD, SEM, TEM Kết cho thấy MCM-41 có dạng hạt hình cầu, đƣờng kính 500700nm có cấu trúc hình lục lăng có đƣờng kính khoảng 4-5nm - Đã tiến hành sunfonic hóa MCM-41 Kết phân tích EDX phổ hồng ngoại cho thấy sunfo hóa thành cơng vật liệu MCM-41 - Đã nghiên cứu số yếu tố ảnh hƣởng đến trình tổng hợp HMF từ fructose xúc tác -SO3H/MCM-41: thời gian, nhiệt độ phản ứng hàm lƣợng Fructozo với dung môi DMSO Hiệu suất HMF thu đƣợc cao nhiệt độ phản ứng 1200C ,thời gian 1h, khối lƣợng Fructozo 0.35g TÀI LIỆU THAM KHẢO * Tài liệu tiếng Việt: Nguyễn Hữu Đĩnh, Trần Thị Đà (1999), Ứng dụng số phương pháp phổ nghiên cứu cấu trúc phân tử, Nhà xuất Giáo Dục, Hà Nội Nguyễn Đình Triệu (2006), Các phương pháp vật lý ứng dụng hóa học, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội Tài liệu tiếng Anh: A Aden and T Foust, Cellulose, 2009, 16, pp535–545 A S Amarasekara, L D Williams and C C Ebede, Carbohydr Res., 2008, 343, pp3021–3024 A Takagaki, M Ohara, S Nishimura and K Ebitani, Chem Commun , 2009, pp6276–6278 A Faury, A Gaset and J P Gorrichon, Inf Chim, 1981, pp214 , 203 C E Wyman, B E Dale, R T Elander, M Holtzapple, M R.Ladisch and Y Y Lee., Bioresour Technol , 2005, 96, pp2026–2032 C Lansalot-Matras and C Moreau, Catal Commun , 2003, 4, pp517–520 C Lansalot-Matras and C Moreau, Catal Commun , 2003, 4, pp517–520 10 J N Chheda and J A Dumesic, Catal Today, 2007, 123,pp 59–70 11 J Lewkowski, Arkivoc, 2001, (i), pp17–54 12 J Jae, G A Tompsett, Y Lin, T R Carlson, J Shen, T Zhang, B Yang, C E Wyman, W C Conner and G W Huber, Energy Environ Sci, 2010, 3, pp358–365 13 K Shimizu, R Uozumi and A Satsuma, Catal Commun , 2009, 10, pp1849 1853 14 M J Antal, W S L Mok and G N Richards, Carbohydr Res., 1990, 199, pp91 16 N Mosier, C E Wyman, B E Dale, R T Elander, Y Y Lee., M Holtzapple and M R Ladisch, Bioresour Technol , 2005, 96, pp673– 686 17 R J A Gosselink, E D Jong, B Guran and A Abachelir, Ind Crops Prod , 2004, 20, pp121 18 R M Musau and R M Munavu, Biomass, 1987, 13, pp 67–74 19 S Q Hu, Z F Zhang, Y X Zhou, B X Han, H L Fan, W J Li, J L Song and Y Xie, Green Chem , 2008, 10, pp1280–1283 20 T R Carlson, J Jae, Y.-C Lin, G A Tompsett and G W Huber, J Catal , 2010, 270, pp110–124 21 Vinke and H Vanbekkum, Starch/Staerke, 1992, 44, pp90–96 22 X H Qi, M Watanabe, T M Aida and R L Smith, Green Chem , 2008, 10, pp799–805