ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA HÓA HỌC Trần Lan Thanh Hương CÁC PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP 5-HYDROXYMETHYLFURFURAN ĐỂ SẢN XUẤT NHIÊN LIỆU SINH HỌC Niên luận khoa học hệ quy Ngành Công nghệ kĩ thuật Hóa học (Chương trình đào tạo chuẩn) Giảng viên hướng dẫn: TS Ngô Thị Thanh Vân Hà Nội – 04/2015 Lời cảm ơn! Bản báo cáo niên luận khoa học thực Bộ môn Hóa công nghệ – Khoa Hóa học – Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên – Đại Học Quốc Gia Hà Nội Em xin chân thành gửi lời cảm ơn tới TS Ngô Thị Thanh Vân giao đề tài tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em thời gian làm Niên luận khoa học Em xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô giáo, cán kĩ thuật môn Hóa học công nghệ môn khác tạo điều kiện giúp đỡ em trình thực đề tài Hà Nội, ngày 26/04/2015 Sinh viên Trần Lan Thanh Hương Các cụm từ viết tắt bài: NLSH: Nhiên liệu sinh học DMF: 2,5-dimethylfural HMF: 5-hydroxymethylfurfural MỤC LỤC MỞ ĐẦU Trong bối cảnh nguồn lượng hóa thạch ngày cạn kiệt mối lo ngại môi trường loại động sử dụng nhiên liệu từ nguồn lượng gây nên Nếu tiếp tục phụ thuộc vào nguyên liệu dầu khí dẫn đến vấn đề môi trường phát sinh ô nhiễm không khí, tăng hiệu ứng nhà kính,… Kể từ tiêu thụ toàn cầu dầu mỏ dạng lỏng tăng gấp ba lần năm tiếp theo, nhiều sách ưu tiên khám phá nguyên liệu thay để tránh tình đáng tiếc khủng hoảng lượng tương lai Trong bối cảnh này, sinh khối có nguồn gốc từ nhiên liệu sinh học tiềm to lớn tính tái tạo lượng Sinh khối đại diện cho nguồn tài nguyên dồi carbon tái tạo tăng cường việc sử dụng giải số thách thức Những tiến trình hóa học dẫn đến khái niệm sản xuất để chuyển đổi carbohydrate sinh khối có nguồn gốc từ lượng tái tạo vào hóa chất có giá trị loại nhiên liệu lỏng, cung cấp bền vững dẫn đến mô hình sản xuất Người ta ước tính sau khoảng 15 năm, có đến 30% số liệu nguyên liệu cho ngành công nghiệp hóa chất sản xuất từ sinh khối tái tạo Các sản phẩm từ nguồn tái tạo (vật liệu sợi tổng hợp, sản phẩm tinh bột protein có nguồn gốc) có mặt thị trường Các chất hóa học tảng sản xuất từ tinh bột sinh khối hóa học sinh học Các hóa chất sinh khối sau chuyển đổi thành vô số hóa chất sinh học có giá trị gia tăng cao (phân tử có nhiều nhóm chức năng) Hiện nay, người ta dùng NLSH để tạo xăng sinh học loại nhiên liệu lỏng, sử dụng ethanol phụ gia nhiên liệu pha trộn vào xăng thay phụ gia chì Ethanol chế biến thông qua trình lên men chất hữu tinh bột, lignocellulose Ethanol pha chế vào xăng với tỉ lệ thích hợp tạo thành xăng sinh học (ví dụ xăng E5, E10) Tuy nhiên việc sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột, thực phẩm (NLSH hệ thứ nhất) cho không bền vững ảnh hưởng tới an ninh lương thực, nguồn cung không ổn định NLSH hệ thứ hai đến từ lignocellulose, có sẵn nhiều rẻ Quy trình từ lignocellulose tối ưu hơn: Lignocellulose (cellulose, hemicellulose lignin) -> Glucose (Fructose) ->5-hydroxymethylfurfural (HMF) -> 2,5-dimethyfural (DMF) Trong khuôn khổ Niên luận khoa học này, đưa tổng quan nhiên liệu sinh học phương pháp tổng hợp 5-hydroxymethyfurfural Đề tài là: Nghiên cứu phương pháp tổng hợp 5-Hydroxymethyfurfural ứng dụng cho nhiên liệu sinh học TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU SINH HỌC 1.1 Nhiên liệu sinh học Nhiên liệu sinh học loại nhiên liệu hình thành từ hợp chất có nguồn gốc động thực vật (sinh học) nhiên liệu chế xuất từ chất béo động thực vật (mỡ thực vật, dầu dừa ), ngũ cốc (lúa mỳ, ngô, đâu tương ), chất thải nông nghiệp (rơm, dạ, phân ), sản phẩm từ công nghiệp (mùn cưa, sản phẩm gỗ thải…) 1.2 Phân loại nhiên liệu sinh học Nhiên liệu sinh học phân loại thành nhóm sau: Diesel sinh học (Biodiesel) loại nhiên liệu lỏng có tính tương tự sử dụng thay cho loại dầu dieseltruyền thống Biodiesel điều chế cách dẫn xuất từ số loại dầu mỡ sinh học (dầu thực vật, mỡ động vật), thường thực thông qua trình transester hóa cách cho phản ứng với loại rượu phổ biến methanol Xăng sinh học (Biogasoline) loại nhiên liệu lỏng, có sử dụng ethanol loại phụ gia nhiên liệu pha trộn vào xăng thay phụ gia chì Ethanol chế biến thông qua trình lên men sản phẩm hữu tinh bột, cellulose, lignocellulose Ethanol 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 Khí sinh học (Biogas) có thành phần CH4 (50-60%) CO2 (>30%) lại chất khác nước, N 2, O2, H2S, CO … thuỷ phân môi trường yếm khí, xúc tác nhờ nhiệt độ từ 20 - 40ºC, nhiệt trị thấp CH 37,71.103 KJ/m3, sử dụng biogas làm nhiên liệu cho động đốt Biogas tạo sau trình ủ lên men sinh khối hữu phế thải nông nghiệp, chủ yếu cellulose, tạo thành sản phẩm dạng khí Biogas dùng làm nhiên liệu khí thay cho sản phẩm khí từ sản phẩm dầu mỏ - Nhiên liệu rắn: gỗ, than loại phân thú khô 1.3 Lợi ích việc sản xuất nhiên liệu sinh học NLSH giảm thiểu phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch đắt đỏ, cạn kiệt: Do NLSH thay nhiên liệu hóa thạch sử dụng phương tiện giao thông thiết bị lượng, triển vọng loại nhiên liệu sáng sủa, loại nhiên liệu bền vững thay cho nguồn lượng hóa thạch đắt đỏ bị cạn kiệt.Loại nhiên liệu xuất phạm vi định, không khắc phục tình trạng “đói nhiên liệu” gia tăng giới NLSH giải vấn đề biến đổi khí hậu: Các trồng nông nghiệp nguyên liệu sinh khối khác coi nguyên liệu góp phần làm trung hòa carbon chu kỳ sống thực tế nó, thực vật thu CO2 thông qua trình quang hợp Các nguyên liệu đầu vào sử dụng trình sản xuất NLSH coi nguyên liệu tái tạo có khả làm giảm phát thải khí nhà kính (GHG).Tuy nhiên, cho dù nhiên liệu đầu vào tự chúng có khả trung hòa carbon, trình chuyển đổi vật liệu thô thành NLSH gây phát thải carbon vào khí Vì vậy, NLSH phải góp phần vào giảm phát thải carbon, chúng phải chứng minh giảm thải thực GHG tất chu trình sản xuất sử dụng NLSH NLSH tăng cường an ninh lượng quốc gia: Sự phụ thuộc vào dầu nhập làm suy kiệt dự trữ ngoại tệ quốc gia, mà tạo ổn định an ninh lượng quốc gia Từ NLSH sản xuất từ nguồn nguyên liệu địa nhiều nước châu Á, loại nhiên liệu có vai trò nhiên liệu thay cho nhiên liệu hóa thạch giảm phụ thuộc nhập dầu tăng cường an ninh lượng quốc gia.Tuy nhiên, điều quan tâm số nước bị lôi nhiều hứa hẹn an ninh lượng họ tiếp tục bỏ chi phí để đảm bảo an ninh nhu cầu khác an ninh lương thực, an ninh nguồn cung cấp nước không quan tâm tới việc bảo vệ nguồn tài nguyên thiên nhiên rừng tự nhiên đa dạng sinh học chúng NLSH hình thành tham gia xí nghiệp nhỏ vừa (SMEs): Khác với nhiên liệu dầu khí, chí than cần phải xây dựng sở hạ tầng lớn để khai thác xử lý, với tham gia tập đoàn lớn công ty đa quốc gia, việc sản xuất NLSH không đòi hỏi đầu tư xây dựng nhà máy xử lý tổng hợp lớn Vì vậy, đầu tư quy trình sản xuất NLSH nằm phạm vi SMEs chấp nhận Dựa vào nguyên liệu đầu vào khả đầu ra, công suất nhà máy sản xuất NLSH thiết kế phù hợp với yêu cầu đặc thù Các hoạt động sản xuất NLSH dựa vào nguyên liệu nông nghiệp hệ thống modul thực để sản xuất NLSH phục vụ cho tiêu thụ cục thiết bị có động trang trại Đầu tư cho NLSH mở hội tham gia công ty nước NLSH đóng góp vào phát triển kinh tế- xã hội cộng đồng địa phương ngành kinh tế phát triển: Vai trò ngành nông nghiệp trang trại dây chuyền sản xuất NLSH mở hội cho cộng đồng địa phương kết hợp hoạt động thu lợi ích định để tạo phát triển kinh tế-xã hội Việc trồng rừng, kích thích thu hoạch nhiên liệu đầu vào mía, ngô, sắn dầu cọ đòi hỏi phải tăng lực lượng lao động công việc thủ công Việc mở rộng sản xuất nông nghiệp tăng nhu cầu nguyên liệu thô cho sản xuất NLSH tạo việc làm thu nhập nhiều cho nông dân Tạo hội việc làm sản xuất NLSH lớn Ví dụ sản xuất NLSH từ JatrophaCurcas (cây dầu mè) làm nhiên liệu đầu vào trồng loại trồng chuyên dụng để sản xuất diesel sinh học, diện tích mè 10000 thu 30 triệu lít dầu diesel sinh học/năm tạo 4000 việc làm trực tiếp 1.4 Công nghệ sản xuất nhiên liệu sinh học Các sản phẩm nhiên liệu sinh học trải qua hệ phát triển: Thế hệ thứ I Nhiên liệu sinh học hệ làm từ loại trồng có hàm lượng đường tinh bột cao (sản xuất gasohol), dầu thực vật mỡ động vật (sản xuất Biodiesel) Tinh bột từ loại ngũ cốc chuyển hóa thành đường lên men thành Bioethanol Trong đó, dầu thực vật (được ép từ loại có dầu ) mỡ động vật trộn với ethanol (hoặc methanol) có diện chất xúc tác sinh Biodiesel glycerine phản ứng chuyển hóa este Thế hệ thứ II Nhiên liệu sinh học hệ bị hạn chế khả mở rộng diện tích đất trồng trọt để trồng loại thích hợp có hạn công nghệ truyền thống sử dụng để chuyển đổi nguồn nguyên liệu thành NLSH bị hạn chế hiệu phương pháp xử lý Vì người ta hướng tới nhiên liệu sinh học hệ Loại NLSH sản xuất từ nguồn nguyên liệu sinh khối, qua nghiền sấy lên men thành nhiên liệu sinh học Các nguyên liệu gọi "sinh khối xenluloza" có nguồn gốc từ chất thải nông nghiệp, chất thải rừng, chất thải rắn đô thị, sản phẩm phụ từ trình chế biến thực phẩm loại cỏ sinh trưởng nhanh rơm, rạ, bã mía, vỏ trấu, cỏ… NLSH hệ phân loại dựa chất trình chuyển hóa sinh khối: sinh hóa nhiệt hóa Quá trình sinh hóa dùng để sản xuất ethanol hay butanol hệ nhiên liệu lại tạo với trình nhiệt hóa Một số loại nhiên liệu hệ (được tạo từ trình nhiệt hóa) tương tự sản phẩm sản xuất từ nhiên liệu hóa thạch (hình 5), ví dụ như: methanol, nhiên liệu lỏng từ trình Fischer – Tropsch đimethylete Thế hệ thứ III NLSH hệ sinh từ cải tiến công nghệ sinh học thực nguồn nguyên liệu Các loại nguyên liệu cấy ghép nuôi trồng theo cách mà khối cấu trúc tế bào (lignin, cellulose, hemicellulose) điều chỉnh theo cách khác NLSH hệ chế tạo từ loài vi tảo nước, đất ẩm, sinh nhiều lượng (7-30 lần) nhiên liệu sinh học hệ trước diện tích trồng Sản lượng dầu diện tích 0,4 tảo từ 20.000 lít/năm đến 80.000 lít/năm Ngoài ra, loài tảo bị thoái hóa sinh học không làm hư hại môi trường xung quanh Theo ước tính Bộ Năng Lượng Mỹ, nước cần diện tích đất đai lớn độ 38.849 km2 để trồng loại tảo thay tất nhu cầu dầu hỏa nước 1.4.1 Con đường tổng hợp Tùy thuộc vào nguyên liệu đầu vào sản phẩm đầu cần thiết, ta có phương pháp tổng hợp khác nhau: - Phương pháp sinh học: chậm, độ tinh khiết cao Phương pháp hóa học: nhanh, độ tinh khiết phụ thuộc nhiều yếu tố 1.4.2 Nhiên liệu sinh học hệ thứ hai Nhiên liệu sinh học hệ bị hạn chế khả mở rộng diện tích đất trồng trọt để trồng loại thích hợp có hạn công nghệ truyền thống sử dụng để chuyển đổi nguồn nguyên liệu thành NLSH bị hạn chế hiệu phương pháp xử lý Vì người ta hướng tới nhiên liệu sinh học hệ Loại NLSH sản xuất từ nguồn nguyên liệu sinh khối, qua nghiền sấy lên men thành nhiên liệu sinh học Các nguyên liệu gọi “sinh khối cellulose” có nguồn gốc từ chất thải nông nghiệp, chất thải rừng, chất thải rắn đô thị, sản phẩm phụ từ trình chế biến thực phẩm loại cỏ sinh trưởng nhanh rơm, rạ, bã mía, vỏ trấu, cỏ,… Lignocellulose (cellulose, hemicellulose, lignin)  Glucose (Fructose)  5-Hydroxymethylfurfural (HMF)  2,5-dimethylfural (DMF) Có thể làm phụ gia xăng tạo loại sản phẩm thay xăng dầu Do tầm quan trọng HMF mắt xích quy trình sản xuất NLSH, ta tìm hiểu HMF CÁC PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP 5-HYDROXYMETHYLFURFURAL 2.1 Giới thiệu chung 5-hydroxylmethylfurfural HMF aldehyde thơm tự nhiên tồn cà phê, mật ong, trái sấy khô, loại nước ép trái chất hương liệu Sự tập trung HMF sản phẩm thực phẩm khác nhau, ví dụ mức HMF rượu vang loại nước ép trái 200 mg dm-3 HMF coi nguyên liệu lượng sinh học, xây dựng khối hóa học y học HMF nắm giữ mong đợi đặc biệt từ khung carbon giống hệt cellulose, hemicelluloses phục vụ nguồn nguyên liệu bền vững cho nhiên liệu lỏng hóa chất (hình 1) Thông thường xây dựng khối 2,5-furandicarboxylic axit(FDCA) (1) bắt nguồn từ HMF FDCA sử dụng thay cho axitterephthalic việc sản xuất polyethyleneterephthalatevà polybutyleneterephthalate Hơn nữa, việc giảm bớt HMF dẫn đến sản phẩm 2,5-bis(hydroxymethyl)furan (2) 2,5-bis(hydroxymethyl) tetrahydrofuran (3) (hình 1) mà đóng vai trò thành phần alcohol sản xuất polyeste, cung cấp sinh khối polyme hoàn toàn có nguồn gốc từ việc kết hợp với FDCA 10 Hình 1: Sản xuất HMF từ cellulose carbohydrates, phục vụ làm nguyên liệu cho loạt hóa chất nhiên liệu lỏng Ngoài ra, HMF tiền thân cho 2,5-dimethylfuran (4) 2-methylfuran (5) (hình 1) chất lỏng quan trọng vận chuyển nhiên liệu Không HMF phục vụ tiền thân trình tổng hợp ankan lỏng để sử dụng nhiên liệu diesel Hơn nữa, HMF có chức đặc biệt tác nhân chống tạo liềm mà cụ thể liên kết với tế bào hemoglobin hình liềm (HBS) mà ức chế huyết tương mô protein trình tự không mong muốn khác,… HMF có màu vàng nhạt dạng rắn lỏng, tinh thể hình kim, dễ bay hơi, phân hủy ánh sáng không khí Trong phân tử có chứa vòng furan, bao gồm aldehyde nhóm chức alcol Công thức phân tử: C6H6O3 Tên IUPAC: 5-(hydroxymethyl)-2-furaldehyde Tính chất: 11 Khối lượng phân tử: 126.11 g/mol Khối lượng riêng: 1.29 g/cm3 Nhiệt độ nóng chảy: 30-34oC Nhiệt độ sôi: 114-11oC (trong điều kiện áp suất mbar) Bước sóng lớn nhất: λmax= 282 nm Chỉ số khúc xạ: 1.5627 18oC Điểm chớp cháy: 79oC Xuất phát HMF từ sinh khối (cellulose, lignocellulose) thu hẹp khoảng cách phát triển nguồn cung cấp nhu cầu lượng, hóa chất Làm đòi hỏi phải có chất xúc tác hóa học hiệu để trực tiếp chuyển đổi sinh khối thành HMF có chọn lọc HMF sản xuất suất cao từ loại đường sử dụng dung môi hữu bao gồm DMSO, DMF hỗn hợp Polyetylenglycol với nước theo chất xúc tác khác nhau, bao gồm axit sulfuric nhựa trao đổi ion, 2.2 Tổng hợp HMF 2.2.1 Tổng hợp HMF từ fructose Việc chuyển đổi fructose thành HMF dễ dàng trợ giúp xúc tác Một số nghiên cứu có tới gần trăm xúc tác đồng thể xúc tác dị thể sử dụng làm chất xúc tác cho trình tổng hợp HMF từ fructose dung môi khác Các chất xúc tác chia thành năm nhóm: Axit hữu Axit oxalic Axit maleic Axit vô H3PO4 H2SO4 HCl Muối (NH4)2SO4 (NH4)2SO3 TiO2 12 Axitlewis ZnCl2 AlCl3 BF3 Xúc tác khác Zeolite Nhựa trao đổi ion Hình 2: Quy trình chuyển hóa fructose thành HMF 2.2.2 Tổng hợp HMF từ polysaccharide Việc sử dụng polysaccharide làm chất để sản xuất HMF giữ lợi quan trọng chi phí thấp nhiều so với từ hexose Sự biến đổi dồi rẻ tiền sinh khối cellulose thông qua trình không lên men thành nhiên liệu sinh học sản phẩm sinh học mục tiêu vô hấp dẫn lượng bền vững Trong năm gần đây, sáng kiến nghiên cứu phát triển chất xúc tác hóa học để chuyển đổi trực tiếp sinh khối lignocellulose thành sản phẩm có giá trị bao gồm HMF thực Tuy nhiên, thủy phân cellulose xúc tác enzyme proton-axit vô chưa có hiệu cho ứng dụng mô lớn Sinh khối lignocellulose (ví dụ thân ngô, rơm lúa mì, cỏ, bã mía) tốt vi tảo coi nguyên liệu có triển vọng để sản xuất nhiên liệu hóa chất Thành phần khối lượng chủ yếu sinh khối lignocellulose là: cellulose (40-50%), hemicellulose (25%) lignin (25%) Năm 2009, nghiên cứu chuyển đổi đơn bước cellulose thành HMF xúc tácclorua kim loại (CuCl2 CrCl2) dung môi [EMIM]Cl thành công Trong trình này, kết hợp CuCl2 với CrCl2 (tổng tải 37mol/g) sử dụng, theo mol cellulose 120oCtrong cho tối đa 575 mmol HMF Sau tách sản phẩm HMF, hiệu suất phục hồi [EMIM]Cl chất xúc tác trì ba chu kỳ phản ứng lặp lặp lại 13 Hình 3: Chuyển hóa cellulose có xúc tác CrCl2 2.2.3 Tổng hợp HMF từ glucose 2.2.3.1 Tổng hợp HMF từ glucose xúc tác Halogen kim loại Năm 2007, vài nghiên cứu tổng hợp HMF từ glucose chất xúc tác halogen kim loại thực Họ nhậnthấy chất xúc tác Crom cho hiệu suất tốt CrCl2 cho hiệu suất 70% HMF từ glucose CrCl3 cho hiệu suất thấp 45% Kể từđó, nhiều nghiên cứuđã kiểm tra khả chất xúc tác halogen kim loại chất lỏng ion Hình cho thấy tóm tắt hiệu suất cho loại xúc thử nghiệm nghiên cứu từ năm 2007 đến đầu năm 2013 Hình 4: Tóm tắt chuyển đổi glucose thành HMF chất xúc tác halogen kim loại từ năm 2007-2013 14 Cơ chế chuyển đổi glucose thành HMF xúc tác CrCl2 dung môi ion lỏng: Fructose dễ dàng khử nước để tạo HMF loạt điều kiện nhiệt glucose chuyển hóa thành HMF vàiđiều kiện với chất xúc tác dung môi cụ thể Vì lí này, giả thuyết chế chuyển hóa glucose chứaít hai bước sau: đồng phân glucose  fructose fructose nước HMF Hình 5: Cơ chế chuyển hóa glucose thành HMF 2.2.3.2 Chuyển hóa glucose thành HMF xúc tác zeolite chất lỏng ion Một loạt chất xúc tác zeolite khảo sát việc chuyển đổi glucose thành HMF chất lỏng ion 1-butyl-3-methylimidazolium clorua ([BMIM]Cl), thấy Hβ-zeolite với cấu trúc BEA độc đáo tỷ lệ Si/Al = 25 vừa phải có hoạtđộng xúc tác cao Kết với 80,6% chuyển đổi glucose cho sản phẩm HMF đạt hiệu suất 50,3% nhiệt độ phản ứng 150oC 50 phút.Với có mặt Hβ-zeolite (Si/Al = 25) dung môi [BMIM]Cl, động học phản ứng chuyển hóaglucose thành HMF nghiên cứu xác định phù hợp với phương trình tốc độ phản ứng bậc lượng hoạt hóalà 97,4 kJ/mol Cơ chế phản ứng bao gồm trình đồng phân hóa glucose thành fructose, tình trạng nước fructose thành HMF Hβ-zeolite (Si/Al = 25) tái sinh cách dễ dàng thông qua phảnứng nung đơn giản.Quan trọng hơn, Hβ-zeolite (Si/Al = 25) [BMIM]Cl xác nhận kết hợp tuyệt vời cho việc chuyển hóa carbohydrates khác fructose, sucrose, maltose, cellobiose, tinh bột cellulose thành HMF 15 Hình 6: Cơ chế trình chuyển hóa glucose thành HMF xúc tác Hβzeolite dung môi [BMIM]Cl Kết luận Trên đưa khái quát chung NLSH có ứng dụng thực tiễn , phương án để ta thay nguồn nhiên liệu hóa thạch tương lai Đồng thời ngăn cản biến đổi khí hậu báo cáo Niên luận khoa học đưa phương pháp tổng hợp 5-Hydroxylmethylfurfural, mắt xích quan trọng quy trình sản xuất nhiên liệu sinh học 16 Tài liệu tham khảo: Saikat Dutta, Sudipta, BasudebSaha (2013), “Advances in biomass transformation to 5-hydromethylfurfural and mechanistic” Sungdong Yu, Eudem Kim, Sunyoung Park, In Kyu Song, JiChul Jung (2012), “Isomerization of glucose into fructose over Mg-Al hydrotalcite catalysts” Lei Hu, Zhen Wu, Jiang Xu, Yong Sun, Lu Lin, Shijie Liu (2014), “Zeolite– promoted transformation of Glucose into 5-hydroxymethylfurfural in ionic liquid” Richard G Finke, Louis B Bjostad (2014), “Investigation into discrete molecular catalysts for biomass conversion into 5-hydroxymethylfurfural” vi.wikipedia.org Tổng quan nhiên liệu sinh học- Báo cáo luận văn-Mai Tường Nam 17 18 [...]... chung về NLSH có ứng dụng thực tiễn , một phương án mới để ta có thể thay thế các nguồn nhiên liệu hóa thạch trong tương lai Đồng thời có thể ngăn cản được biến đổi khí hậu bản báo cáo Niên luận khoa học trên chúng tôi cũng đưa ra các phương pháp tổng hợp 5- Hydroxylmethylfurfural, một mắt xích quan trọng trong quy trình sản xuất nhiên liệu sinh học 16 Tài liệu tham khảo: 1 Saikat Dutta, Sudipta, BasudebSaha... dồi dào và rẻ tiền sinh khối cellulose thông qua một quá trình không lên men thành nhiên liệu sinh học và các sản phẩm sinh học là mục tiêu vô cùng hấp dẫn đối với năng lượng bền vững Trong những năm gần đây, các sáng kiến nghiên cứu phát triển các chất xúc tác hóa học để chuyển đổi trực tiếp sinh khối lignocellulose thành các sản phẩm có giá trị bao gồm HMF đã được thực hiện Tuy nhiên, sự thủy phân...Hình 1: Sản xuất HMF từ cellulose và carbohydrates, phục vụ làm nguyên liệu cho một loạt các hóa chất và nhiên liệu lỏng Ngoài ra, HMF là tiền thân cho 2 ,5- dimethylfuran (4) và 2-methylfuran (5) (hình 1) là chất lỏng quan trọng trong vận chuyển nhiên liệu Không những thế HMF có thể phục vụ như là một tiền thân trong quá trình tổng hợp của ankan lỏng để sử dụng trong nhiên liệu diesel Hơn nữa,... hoặc proton-axit vô cơ vẫn chưa có hiệu quả cho các ứng dụng mô lớn Sinh khối lignocellulose (ví dụ như thân cây ngô, rơm lúa mì, cỏ, bã mía) tốt như vi tảo đang được coi là một nguyên liệu có triển vọng nhất để sản xuất nhiên liệu và hóa chất Thành phần khối lượng chủ yếu của sinh khối lignocellulose là: cellulose (40 -50 %), hemicellulose ( 25% ) và lignin ( 25% ) Năm 2009, một nghiên cứu về sự chuyển đổi... nm Chỉ số khúc xạ: 1 .56 27 tại 18oC Điểm chớp cháy: 79oC Xuất phát HMF từ sinh khối (cellulose, lignocellulose) sẽ thu hẹp khoảng cách phát triển giữa các nguồn cung cấp và nhu cầu năng lượng, hóa chất Làm như vậy đòi hỏi phải có chất xúc tác hóa học hiệu quả để trực tiếp chuyển đổi sinh khối thành HMF có chọn lọc HMF có thể được sản xuất năng suất cao từ các loại đường sử dụng các dung môi hữu cơ bao... trình này, sự kết hợp của CuCl2 với CrCl2 (tổng tải 37mol/g) được sử dụng, theo đó mỗi mol cellulose ở 120oCtrong 8 giờ cho tối đa 57 5 mmol HMF Sau khi tách sản phẩm HMF, hiệu suất phục hồi của [EMIM]Cl và các chất xúc tác được duy trì trong ít nhất ba chu kỳ phản ứng lặp đi lặp lại 13 Hình 3: Chuyển hóa cellulose có và không có xúc tác CrCl2 2.2.3 Tổng hợp HMF từ glucose 2.2.3.1 Tổng hợp HMF từ glucose... DMF và hỗn hợp của Polyetylenglycol với nước theo các chất xúc tác khác nhau, bao gồm cả axit sulfuric và nhựa trao đổi ion, 2.2 Tổng hợp HMF 2.2.1 Tổng hợp HMF từ fructose Việc chuyển đổi fructose thành HMF là khá dễ dàng dưới sự trợ giúp của xúc tác Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng có tới gần một trăm xúc tác đồng thể và xúc tác dị thể có thể sử dụng làm chất xúc tác cho quá trình tổng hợp HMF từ... vừa phải có hoạtđộng xúc tác cao nhất Kết quả là với 80,6% chuyển đổi glucose cho sản phẩm HMF đạt hiệu suất 50 ,3% ở nhiệt độ phản ứng 150 oC chỉ trong 50 phút.Với sự có mặt của Hβ-zeolite (Si/Al = 25) và dung môi [BMIM]Cl, động học của phản ứng chuyển hóaglucose thành HMF đã được nghiên cứu và xác định là phù hợp với một phương trình tốc độ phản ứng bậc một và năng lượng hoạt hóalà 97,4 kJ/mol Cơ chế... từ fructose trong các dung môi khác nhau Các chất xúc tác có thể chia thành năm nhóm: Axit hữu cơ Axit oxalic Axit maleic Axit vô cơ H3PO4 H2SO4 HCl Muối (NH4)2SO4 (NH4)2SO3 TiO2 12 Axitlewis ZnCl2 AlCl3 BF3 Xúc tác khác Zeolite Nhựa trao đổi ion Hình 2: Quy trình chuyển hóa fructose thành HMF 2.2.2 Tổng hợp HMF từ polysaccharide Việc sử dụng các polysaccharide làm chất nền để sản xuất HMF giữ lợi thế... into 5- hydroxymethylfurfural in ionic liquid” Richard G Finke, Louis B Bjostad (2014), “Investigation into discrete molecular catalysts for biomass conversion into 5- hydroxymethylfurfural” 4 vi.wikipedia.org 5 Tổng quan về nhiên liệu sinh học- Báo cáo luận văn-Mai Tường Nam 17 18 ... cứu phương pháp tổng hợp 5- Hydroxymethyfurfural ứng dụng cho nhiên liệu sinh học TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU SINH HỌC 1.1 Nhiên liệu sinh học Nhiên liệu sinh học loại nhiên liệu hình thành từ hợp. .. dầu diesel sinh học/ năm tạo 4000 việc làm trực tiếp 1.4 Công nghệ sản xuất nhiên liệu sinh học Các sản phẩm nhiên liệu sinh học trải qua hệ phát triển: Thế hệ thứ I Nhiên liệu sinh học hệ làm... Glucose (Fructose) - >5- hydroxymethylfurfural (HMF) -> 2 ,5- dimethyfural (DMF) Trong khuôn khổ Niên luận khoa học này, đưa tổng quan nhiên liệu sinh học phương pháp tổng hợp 5- hydroxymethyfurfural