Nghiên cứu tổng hợp metyl este từ dầu dừa và dầu hạt cải trên xúc tác bazơ rắn, sử dụng làm thành phần pha chế nhiên liệu phản lực biokerosen

GIỚI THIỆU LUẬN ÁN 1. Tính cấp thiết của đề tài Giao thông hàng không đang có xu hướng tăng mạnh trong những năm gần đây, với mức độ khoảng 4% một năm. Một trong những vấn đề quan trọng nhất ảnh hưởng đến sự phát triển này là nhiên liệu, trong đó có hai khó khăn chính là nguồn nguyên liệu cung cấp ban đầu và tình trạng ô nhiễm khí thải, đặc biệt là các khí thải nhà kính như CO 2 , NO x … Trong bối cảnh nhiên liệu khoáng ngày càng khan hiếm và gây ô nhiễm không khí lớn cả trên không lẫn tại môi trường sân bay, việc tìm ra một loại nhiên liệu thay thế chúng có nguồn gốc sinh học đang là vấn đề rất cấp thiết. Đối với động cơ diesel, người ta đã tìm ra nhiên liệu biodiesel có khả năng thay thế một lượng lớn diesel khoáng mà vẫn giữ được các hiệu quả hoạt động của động cơ, đồng thời an toàn với môi trường hơn do giảm sự phát thải các khí độc hại. Trong thời gian gần đây các nghiên cứu tổng hợp nhiên liệu phản lực sinh học (phân đoạn biokerosen) có tính chất tương tự nhiên liệu phản lực khoáng đang ngày càng được quan tâm, mặc dù vậy thì các thành tựu đạt được trong lĩnh vực này còn rất ít ỏi. Biokerosen, với bản chất là các metyl este của các axit béo đặc thù, mang nhiều đặc tính tương tự phân đoạn kerosen khoáng, hiện đang là đối tượng đáng chú ý nhất có tiềm năng thay thế nhiên liệu phản lực. Các metyl este này được tổng hợp từ các loại dầu thực vật đặc biệt, trong đó cần đáp ứng hai yêu cầu cơ bản để có thể sử dụng cho máy bay: có độ linh động cao tại nhiệt độ thấp và nhiệt độ sôi gần với phân đoạn kerosen. Như vậy, nguồn dầu thực vật sẽ phải đáp ứng được những yêu cầu: có mạch cacbon ngắn, hoặc có nhiều liên kết không no…, dẫn đến ý tưởng nghiên cứu trong luận án là sử dụng dầu dừa và dầu hạt cải làm nguyên liệu cho quá trình tổng hợp, trong đó dầu dừa là một trong những loại dầu có mạch cacbon ngắn nhất còn dầu hạt cải là loại dầu chứa hàm lượng mạch cacbon có độ không no rất cao. Đồng thời với việc lựa chọn nguyên liệu cũng cần phải tìm được các điều kiện hợp lý cho quá trình chuyển hóa các dầu đó thành biokerosen dạng alkyl este. Để tổng hợp phân đoạn nhiên liệu biokerosen từ các nguyên liệu đặc thù trên, cần phải có các loại xúc tác với tiêu chí: hoạt tính cao, dị thể, ổn định trong môi trường phản ứng và tái sử dụng được nhiều lần; trong các loại, xúc tác bazơ rắn đáp ứng tốt nhất các tiêu chí trên. Đã có nhiều loại xúc tác bazơ rắn có hoạt tính cao được nghiên cứu trong quá khứ như các loại xúc tác kiềm/chất mang rắn, oxit kim loại kiềm thổ, muối mang tính bazơ mạnh/chất mang rắn… Tuy nhiên nhược điểm của các loại xúc tác này là dễ bị nhiễm các tạp chất trong quá trình điều chế theo phương pháp ngâm tẩm, một ví dụ là chúng dễ phản ứng với CO 2 trong khí quyển do tính bazơ cao của tiền chất ban đầu. Một nhược điểm khác là khả năng tái sử dụng đối với đa số xúc tác bazơ rắn không cao do pha hoạt tính mang lên bề mặt chất mang theo phương pháp ngâm tẩm không bền vững. Vì thế, ý tưởng của luận án là chế tạo một loại xúc tác đi từ các tiền chất ban đầu ít hoạt động, nhưng qua quá trình hoạt hóa mới xuất hiện pha hoạt tính, bám dính chặt chẽ trên bề mặt chất mang, nhằm khắc phục các nhược điểm của nhiều xúc tác bazơ rắn trước đây, đó là các xúc tác KNO 3 /Al 2 O 3 và KI/Al 2 O 3 . Nghiên cứu tổng hợp biokerosen trong luận án là nghiên cứu đầu tiên tại Việt Nam, có ý nghĩa đón đầu cho việc tổng hợp một loại nhiên liệu sinh học mới – Nhiên liệu phản lực sinh học, đang là vấn đề rất mới rất được quan tâm nhiều trên thế giới.