Tài liệu Tổng hợp diesel sinh học từ chất béo của nấm men yarro wia lipolytica po1g bằng phương pháp methanol cận tới hạn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -------------------------- ĐỖ NGUYỄN TƯỜNG VY TỔNG HỢP DIESEL SINH HỌC TỪ CHẤT BÉO CỦA NẤM MEN YARROWIA LIPOLYTICA Po1G BẰNG PHƯƠNG PHÁP METHANOL CẬN TỚI HẠN Chuyên ngành: Công nghệ Hóa học Mã số: 605276 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2014 Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -------------------------- ĐỖ NGUYỄN TƯỜNG VY TỔNG HỢP DIESEL SINH HỌC TỪ CHẤT BÉO CỦA NẤM MEN YARROWIA LIPOLYTICA Po1G BẰNG PHƯƠNG PHÁP METHANOL CẬN TỚI HẠN Chuyên ngành: Công nghệ Hóa học Mã số: 605276 LUẬN VĂN THẠC SĨ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. TS. Huỳnh Liên Hương 2. TS. Hồ Quốc Phong TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2014 Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐHQG - HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. Huỳnh Liên Hương – TS. Hồ Quốc Phong Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS.TS. Lê Thị Kim Phụng Cán bộ chấm nhận xét 2: PGS.TS. Huỳnh Kỳ Phương Hạ Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM Ngày 27 tháng 12 năm 2014 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1. PGS.TS. Lê Thị Hồng Nhan - Chủ tịch hội đồng 2. PGS.TS. Lê Thị Kim Phụng - Phản biện 1 3. PGS.TS. Huỳnh Kỳ Phương Hạ - Phản biện 2 4. TS. Huỳnh Liên Hương - Ủy viên 5. TS. Đoàn Văn Hồng Thiện - Thư ký Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có). CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA………… Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự do – Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Đỗ Nguyễn Tường Vy MSHV: 12886047 Ngày, tháng, năm sinh: 12/ 04/ 1990 Nơi sinh: Long Xuyên – An Giang Chuyên ngành: Công nghệ Hóa học Mã số: 605276 I. TÊN ĐỀ TÀI: Tổng hợp diesel sinh học từ chất béo của nấm men Yarrowia Lipolytica Po1g bằng phương pháp methanol cận tới hạn. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:  Hoàn thành luận văn đúng hạn.  Tổng hợp biodiesel từ chất béo nấm men Yarrowia lypolitica Po1g. II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 20/ 02/ 2014. III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 14/ 11/ 2014 IV. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS.Huỳnh Liên Hương – TS.Hồ Quốc Phong Tp. HCM, ngày . . . . tháng .. . năm 20..... CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên và chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên và chữ ký) TRƯỞNG KHOA….……… (Họ tên và chữ ký) Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) i LỜI CẢM ƠN  Tôi xin gởi lời cảm ơn chân thành nhất đến TS. Huỳnh Liên Hương, TS. Hồ Quốc Phong – đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ cho tôi rất nhiều trong suốt quá trình thực hiện luận văn này. Xin chân thành cảm ơn quý thầy cô thuộc khoa Kỹ thuật Hóa học – Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM đã trang bị cho tôi những kiến thức và những kinh nghiệm vô cùng quý báu trong suốt quá trình học tập. Cảm ơn quý thầy cô thuộc bộ môn Công nghệ Hóa học – Khoa Công Nghệ – Trường Đại học Cần Thơ đã tạo điều kiện tốt nhất cho tôi thực hiện luận văn. Chân thành cảm ơn các anh chị lớp cao học Công nghệ Hóa học K2012 – Đại học Bách Khoa TpHCM, các em sinh viên Công nghệ Hóa học K36 – Đại học Cần Thơ đã tận tình giúp đỡ trong suốt thời gian thực hiện đề tài. Xin gởi lời cảm ơn đến gia đình đã luôn bên cạnh ủng hộ cả về vật chất lẫn tinh thần. Cảm ơn tất cả mọi người đã quan tâm, động viên và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian vừa qua. Xin chân thành cảm ơn! Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) ii TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Vì trữ lượng dầu mỏ đang dần cạn kiệt bởi giá xăng dầu liên tục tăng trong khoảng thời gian dài là một trong những nguyên nhân tất yếu dẫn đến yêu cầu tìm kiếm một nguồn nhiên liệu mới thay thế. Biodiesel là một trong những nguồn nhiên liệu có tiềm năng cao do sở hữu đặc tính tái tạo và thân thiện với môi trường. So với nhiên liệu có nguồn gốc hóa thạch, biodiesel giúp giảm đáng kể việc thải ra các khí độc hại như SOx, CO, CO2, khói trong quá trình đốt cháy. Một trong những nguyên nhân hạn chế việc sử rộng đại trà biodiesel là giá thành biodiesel còn khá cao so với diesel. Vì vậy việc tìm ra nguồn nguyên liệu có giá thành thấp cũng như nghiên cứu cải thiện phương pháp giúp nâng cao hiệu quả tổng hợp biodiesel ngày càng được chú trọng. Vì thế mục tiêu của nghiên cứu này là tìm hiểu và đánh giá tính khả thi của việc sử dụng điều kiện cận tới hạn trong tổng hợp biodiesel. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất chuyển hóa sản phẩm biodiesel như nhiệt độ, hàm lượng methanol, thời gian và hàm lượng nước sẽ được tiến hành khảo sát. Kết quả cho thấy các yếu tố trên có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất chuyển hóa của quá trình. Điều kiện thích hợp cho phản ứng tổng hợp (hiệu suất chuyển hóa 79.37%) là: nhiệt độ phản ứng 175 °C, thời gian 4 giờ, tỉ lệ chất béo: methanol 1:25 (g/mL) và hàm lượng nước là 5%. Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) iii ABSTRACT Due to the depletion of fossil based petroleum the increasing concerns about environmental pollution issue from burning gasoline, the search for renewable and environmental friendly fuels is essential. Biodiesel is one of the potential alternatives to traditional diesel due to its bio-degradability, low sulfur content and none COx, NOx emission The main reason prevents the wide use of biodiesel is it high price. Hence, finding for low cost raw materials and efficient methods to obtain high yield of biodiesel is of great interests. . Therefore, the objective of this study is to investigate the possibility of converting microbio oil into biodiesel under subcritical condition of methanol and water. Factors that affect the process such as temperature, reation time, methanol to oil (v/wt.), water content were investigated. The results showed that these factors significantly affected the conversion of lipid into FAME. The optimum condition (ca. 79.37 % conversion) was: 175°C, 4 hours, 1:25 g/mL, lipid to methanol ratio, and 5% water. Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) iv LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan rằng, ngoại trừ các kết quả tham khảo từ các công trình nghiên cứu, các công viện thực hiện trong cuốn luận văn này là do chính tôi thực hiện. TP. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2014 Đỗ Nguyễn Tường Vy Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) v DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT FAME : Fatty acid methyl ester MG : Monoglyceride DG : Diglyceride TG : Triglyceride FFA : Free fatty acid SCO : Dầu đơn bào - Single cell oil SFE : Supercritical fluid extraction YPD : Yeast extract peptone dextrose YPDA : Yeast extract peptone dextrose agar GC : Gas chromatography – Sắc ký khí UV-Vis : Ultraviolet – visible FID : Flame Ioniation Detetor – Đầu dò ion hóa ngọn lửa TCD : Thermal Conductivity Detector – Đầu dò dẫn nhiệt ECD : Electron Capture Detector – Đầu dò cộng kết điện tử FPD : Flame Photometric Detector – Đầu dò quang hóa ngọn lửa NPD : NitrogenPhosphor Detector–Đầu dò nitơphotpho MS : Mass Spectrometry – Khối phổ HS : Hydrophobic substrate – chất nền kỵ nước TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) vi MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................ I TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ ....................................................................... II ABSTRACT ........................................................................................................ III LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................... IV DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................... V MỤC LỤC........................................................................................................... VI DANH MỤC BẢNG ........................................................................................... IX DANH MỤC HÌNH ............................................................................................ XI CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU ..................................................................................... 1 1.1 Lý do chọn đề tài ........................................................................................ 1 1.2 Mục đích nghiên cứu ................................................................................. 3 1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ............................................................. 4 1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ................................................................... 4 CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN ............................................................................. 5 2.1 Tổng quan về vi sinh vật cho dầu .............................................................. 5 2.2 Nấm men Yarrowia lipolytica ..................................................................... 7 2.2.1 Tiềm năng sử dụng của Yarrowia lipolytica ......................................... 8 2.2.2 Nấm men Yarrowia lipolytica Po1g...................................................... 9 2.3 Bã mía ......................................................................................................... 9 2.4 Chuyển hóa lignocellulose thành đường ................................................. 11 2.5 2.4.1 Thủy phân bằng acid .......................................................................... 11 2.4.2 Thủy phân bằng enzyme ..................................................................... 13 Phương pháp khử độc.............................................................................. 13 2.5.1 Trung hòa .......................................................................................... 14 Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) vii 2.6 2.5.2 Vôi hóa .............................................................................................. 14 2.5.3 Than hoạt tính .................................................................................... 14 2.5.4 Trao đổi ion ....................................................................................... 15 2.5.5 Enzyme............................................................................................... 15 Phương pháp trích ly chất béo ................................................................ 15 2.6.1 Trích ly bằng dung môi ...................................................................... 16 2.6.2 Trích ly bằng soxhlet .......................................................................... 16 2.6.3 Trích ly bằng chất lỏng ở trạng thái siêu tới hạn ................................ 17 2.7 Khái quát về biodiesel .............................................................................. 18 2.8 Phương pháp tổng hợp biodiesel ............................................................. 21 2.9 2.10 2.8.1 Phản ứng tổng hợp biodiesel sử dụng xúc tác base ............................ 21 2.8.2 Phản ứng tổng hợp biodiesel sử dụng xúc tác acid ............................. 22 2.8.3 Phản ứng tổng hợp biodiesel sử dụng xúc tác dị thể ........................... 22 2.8.4 Phản ứng tổng hợp biodiesel sử dụng xúc tác enzyme ........................ 23 2.8.5 Phản ứng tổng hợp biodiesel ở điều kiện siêu tới hạn......................... 23 2.8.6 Phản ứng tổng hợp biodiesel ở điều kiện cận tới hạn ......................... 24 So sánh chất lượng của biodiesel và diesel khoáng................................. 25 2.9.1 Chỉ tiêu chất lượng của biodiesel ....................................................... 25 2.9.2 So sánh tính chất của nhiên liệu diesel khoáng và biodiesel ............... 27 2.9.3 Ưu điểm và nhược điểm của biodiesel ................................................ 28 Phương pháp phân tích ........................................................................... 29 2.10.1 Sắc ký khí (GC) .............................................................................. 29 CHƯƠNG 3. 3.1 3.2 THỰC NGHIỆM ...................................................................... 31 Vật liệu và phương pháp nghiên cứu ...................................................... 31 3.1.1 Hóa chất, dụng cụ và thiết bị.............................................................. 31 3.1.2 Phương pháp nghiên cứu ................................................................... 34 Phương pháp phân tích ........................................................................... 42 3.2.1 Thành phần chất béo trích ly từ nấm men........................................... 42 3.2.2 Phương pháp phân tích biodiesel ....................................................... 42 Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) viii CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................. 44 4.1 Chất béo thu được từ tế bào nấm men .................................................... 44 4.2 Tổng hợp biodiesel bằng phương pháp methanol cận tới hạn ............... 47 4.2.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên hiệu suất chuyển hóa chất béo thành FAME……… .................................................................................................. 47 4.2.2 Ảnh hưởng của hàm lượng methanol lên hiệu suất chuyển hóa chất béo thành FAME .................................................................................................. 49 4.2.3 Ảnh hưởng của hàm lượng nước lên hiệu suất chuyển hóa chất béo thành FAME .................................................................................................. 50 4.2.4 Ảnh hưởng của thời gian phản ứng lên hiệu suất chuyển hóa chất béo thành FAME .................................................................................................. 52 4.2.5 Thành phần biodiesel tổng hợp sử dụng phương pháp methanol cận tới hạn…….......................................................................................................... 54 4.2.6 Một số tính chất hóa lý của biodiesel được tổng hợp từ chất béo nấm men Y. lipolytica Po1g. .................................................................................. 55 CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................. 56 5.1 Kết luận .................................................................................................... 56 5.2 Hạn chế..................................................................................................... 56 5.3 Kiến nghị .................................................................................................. 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 58 PHỤ LỤC ............................................................................................................ 64 Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) ix DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1. Hàm lượng chất béo trong sinh khối của một số loại nấm men [11]......... 6 Bảng 2.2. Thành phần acid béo của dầu sản xuất từ một số loại nấm men [11]. ....... 7 Bảng 2.3. Thành phần hóa học của bã mía [22]. .................................................... 10 Bảng 2.4. So sánh nhiên liệu sinh học so với nhiên liệu dầu mỏ [40]..................... 18 Bảng 2.5. Các acid béo thường có trong các nguồn nguyên liệu sản xuất biodiesel. [42]........................................................................................................................ 19 Bảng 2.6. Tính chất của biodiesel với diesel đã giảm thiểu lưu huỳnh [43]............ 20 Bảng 2.7. Các chỉ tiêu chất lượng của biodiesel gốc [40]. ..................................... 25 Bảng 2.8. So sánh tính chất của nhiên liệu diesel khoáng và biodiesel [40]. .......... 27 Bảng 4.1. Thành phần cơ bản của chất béo đã loại sáp và gum trích ly từ nấm men Yarrowia lipolytica Po1g được nuôi cấy trong môi trường bã mía thủy phân. ........ 45 Bảng 4.2. Thành phần mạch carbon cấu trúc nên chất béo của nấm men. .............. 47 Bảng 4.3. Thành phần sản phẩm sau phản ứng ở các khoảng nhiệt độ khác nhau. Điều kiện phản ứng: 5% nước, tỉ lệ chất béo: methanol là 1: 25 g/mL, và thời gian phản ứng là 4 giờ. .................................................................................................. 48 Bảng 4.4. Thành phần sản phẩm thu được sau khi phản ứng với tỉ lệ chất béo: methanol khác nhau. Điều kiện phản ứng: 5% nước, 175 °C, và thời gian phản ứng là 4 giờ. ................................................................................................................. 49 Bảng 4.5. Thành phần hỗn hợp sau phản ứng khi thay đổi hàm lượng nước. Điều kiện phản ứng: 175 °C, tỉ lệ chất béo: methanol là 1: 25 g/mL và thời gian phản ứng: 4 giờ. ............................................................................................................. 51 Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) x Bảng 4.6. Thành phần hỗn hợp sau phản ứng khi thay đổi thời gian phản ứng. Điều kiện phản ứng: 175 °C, tỉ lệ chất béo: methanol là 1: 25 g/mL và hàm lượng nước 5%. ........................................................................................................................ 53 Bảng 4.7. Thành phần các FAME của biodiesel chất béo của nấm men Y. lipolytica Po1g trong nghiên cứu này. ................................................................................... 54 Bảng 4.8. So sánh tính chất của biodiesel từ chất béo của nấm men Y. lipolytica Po1g với hai tiêu chuẩn hiện hành là TCVN 7717: 07 và ASTM D6751............... 55 Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) xi DANH MỤC HÌNH Hình 2.1. Nấm men Yarrowia lipolytica dưới kính hiển vi [16]............................... 8 Hình 2.2. Cây mía đường (a) và bã mía (b). .......................................................... 10 Hình 2.3. Các phản ứng xảy ra trong quá trình thủy phân nguyên liệu lignocellulose. ....................................................................................................... 12 Hình 2.4. Thiết bị trích ly Soxhlet ......................................................................... 17 Hình 2.5. Phản ứng chuyển vị ester ...................................................................... 19 Hình 2.6. Sơ đồ chung của quá trình tổng hợp biodiesel bằng xúc tác. .................. 21 Hình 2.7. Giản đồ pha của methanol…………………………………………….24 Hình 3.1. Thiết bị phản ứng cận tới hạn. ............................................................... 33 Hình 3.3. Bã mía trước và sau khi xử lý. ............................................................... 34 Hình 3.5. Nấm men Yarrowia lipolytica Po1g....................................................... 35 Hình 3.6. Quá trình chiếu UV khử trùng. .............................................................. 36 Hình 3.7. Nấm men phát triển trong YPD. ............................................................ 36 Hình 3.8. Sơ đồ khối mô tả quá trình chuẩn bị sản phẩm thủy phân và nuôi cấy ... 37 Hình 3.9. Sinh khối khô (a) sinh khối ướt (b) ........................................................ 38 Hình 3.10. Chất béo sau khi khử sáp - gum. .......................................................... 39 Hình 3.11. Sơ đồ thiết bị phản ứng: (1) nguồn nitơ, (2) van khí, (3) buồng phản ứng, (4) điện trở gia nhiệt, (5) khuấy từ, (6) van an toàn, (P) áp kế, (T) nhiệt kế. ... 39 Hình 3.12. Sơ đồ khối mô tả qui trình điều chế biodiesel từ chất béo của nấm men Yarrowia lipolytica Po1g. ...................................................................................... 40 Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) xii Hình 4.1. Đồ thị sắc ký khí của chất béo đã loại sáp và gum trích ly từ nấm men Y. lipolytica Po1g được nuôi cấy trong môi trường bã mía thủy phân. ....................... 45 Hình 4.2. Đồ thị sắc ký khí thành phần acid béo cấu trúc nên chất béo trích ly từ nấm men Y. lipolytica Po1g được nuôi cấy trong môi trường bã mía thủy phân. .... 46 Hình 4.3. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ lên hiệu suất chuyển hóa của chất béo trích ly từ nấm men Yarrowia lipolytica Po1g. Điều kiện phản ứng: thời gian phản ứng 4 giờ, hàm lượng nước 5%, và tỉ lệ chất béo: methanol là 1: 25 g/mL. .............................................................................................................................. 48 Hình 4.4. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của hàm lượng methanol lên hiệu suất chuyển hóa của chất béo trích ly từ nấm men Yarrowia lipolytica Po1g với điều kiện phản ứng: 175 °C, hàm lượng nước 5%, thời gian phản ứng 4 giờ.................................. 50 Hình 4.5. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của hàm lượng nước lên hiệu suất chuyển hóa của chất béo trích ly từ nấm men Yarrowia lipolytica Po1g với điều kiện phản ứng: 175 °C, tỉ lệ chất béo: methanol là 1:25 g/mL và thời gian phản ứng 4 giờ. ........... 52 Hình 4.6. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng thời gian phản ứng lên hiệu suất chuyển hóa của chất béo trích ly từ nấm men Yarrowia lipolytica Po1g với điều kiện phản ứng: 175 °C, tỉ lệ chất béo: methanol là 1: 25 g/mL và hàm lượng nước 5%. ................. 53 Hình 4.7. Biodiesel từ chất béo của nấm men Y. lipolytica Po1g. .......................... 55 Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) 1 CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU 1.1 Lý do chọn đề tài Hiện nay, cả thế giới đang phải đối mặt với vấn đề khủng hoảng và an ninh năng lượng do nhu cầu sử dụng nhiên liệu và sản phẩm từ dầu mỏ phát triển mạnh. Điều đó dẫn đến các vấn đề cần được quan tâm giải quyết như: trữ lượng dầu mỏ đang dần dần cạn kiệt dẫn đến việc phải sử dụng các loại nhiên liệu kém chất lượng để chế biến, giá xăng dầu liên tục tăng, ảnh hưởng của biến đổi khí hậu do khí thải từ dầu mỏ lấy từ nhiên liệu hóa thạch như xăng và diesel đã làm cho môi trường ngày càng ô nhiễm. Vấn đề này đã gây tác động rất xấu đến đời sống và sức khỏe con người [1]. Tất cả các vấn đề trên đang đòi hỏi các nhà khoa học phải nghiên cứu tìm ra các biện pháp nhằm góp phần giải quyết các vấn đề còn tồn tại trong lĩnh vực sản suất và sử dụng nhiên liệu, họ đã nổ lực không ngừng tìm kiếm các giải pháp thay thế nguồn năng lượng đi từ nguyên liệu hóa thạch thành các dạng năng lượng mới xanh hơn, thân thiện hơn với môi trường và đặc biệt có thể tái tạo được. Trong đó, việc nghiên cứu phát triển nhiên liệu sinh học từ nguồn sinh khối đang được quan tâm, đó là một hướng đi tiềm năng giúp giải quyết một phần nào vấn đề nan giải của thế giới, vừa đảm bảo an ninh năng lượng vừa đáp ứng nhu cầu năng lượng của từng quốc gia. Sử dụng nhiên liệu sinh học mang lại nhiều lợi ích như giảm thiểu sự phụ thuộc vào dầu mỏ, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và đảm bảo sức khỏe cộng đồng. Vì nguyên liệu để sản xuất nhiên liệu sinh học (ví dụ như diesel sinh học) không chứa các chất độc hại, làm giảm một số chất gây ô nhiễm môi trường như lưu huỳnh, carbon monoxit, polyaromatic và khói trong quá trình đốt cháy. Mặt khác, nhiên liệu sinh học khi chôn trong đất có tốc độ phân hủy sinh học cao hơn, nhanh Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) 2 hơn so với nhiên liệu hóa thạch [1-2]. Do đó, dẫn đến sự bùng nổ về sản xuất nhiên liệu sinh học. Biodiesel là nhiên liệu sinh học có thành phần hóa học chủ yếu là methyl ester của các acid béo. Nó được sản xuất từ quá trình chuyển hóa ester của các triglyceride [3]. Nguyên liệu truyền thống để sản xuất biodiesel bao gồm dầu hạt cải, dầu hạt hướng dương, dầu thực vật như đậu nành, dầu cọ, dầu đã qua sử dụng và mỡ động vật... Tuy nhiên, giá của các sản phẩm biodiesel thương mại sản xuất theo phương pháp này vẫn còn rất cao so với diesel truyền thống do chi phí cao của nguyên liệu thô, ước tính chiếm 70-80% [4-5] giá thành của biodiesel. Hơn thế nữa việc sử dụng các loại dầu thực vật cho quá trình sản xuất biodiesel quy mô công nghiệp làm giảm diện tích đất canh tác của cây nông nghiệp truyền thống, ảnh hưởng đáng kể đến vấn đề an ninh lương thực, giá thực phẩm tăng cao và nguy cơ thiếu các loại dầu ăn được. Sử dụng mỡ động vật, dầu đã qua sử dụng và dầu từ các loại thực vật không ăn được có thể làm giảm giá thành của biodiesel. Tuy nhiên, nguồn cung cấp các loại dầu này không đáp ứng đủ nhu cầu sản xuất của nhiên liệu sinh học [6]. Vì vậy, thế giới đã và đang tìm kiếm các nguồn nguyên liệu thay thế để sản xuất biodiesel. Dầu vi sinh vật hay dầu đơn bào (single cell oil, SCO) đang thu hút sự quan tâm của thế giới [6-7]. Những nghiên cứu cho thấy các vi sinh vật cho dầu có khả năng tích lũy chất béo nội bào từ sự trao đổi chất của các nguồn carbon khác nhau và hàm lượng chất béo tích lũy có thể lên đến khoảng 87% trọng lượng khô. Vì vậy dầu đơn bào được đánh giá là một trong những nguồn nguyên liệu tiềm năng và hứa hẹn để sản xuất ra biodiesel. Ngoài ra việc sử dụng dầu đơn bào để sản xuất biodiesel còn có một số thuận lợi so với việc sử dụng các nguồn nguyên liệu khác như: không bị ảnh hưởng theo mùa hay thời tiết, có thành phần của chất béo tương tự như các loại dầu ăn được, có thể được sản xuất (nuôi cấy) từ nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau với thời gian sản xuất ngắn, dễ dàng mở rộng ra quy mô công nghiệp [8]. Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) 3 Thành phần hóa học chủ yếu của biodiesel là methyl ester của các acid béo. Biodiesel được sản xuất từ quá trình chuyển ester hóa giữa các glyceride ( mono-, di, tri- glyceride) hoặc quá trình ester hóa của các acid béo tự do bên trong dầu thực vật/ mỡ động vật dưới sự xúc tác của acid hoặc base [2]. Tuy nhiên, các loại xúc tác hiện nay thường gặp phải những khó khăn như: xúc tác đồng thể (dạng base) dễ bị tiêu thụ bởi nguyên liệu do xảy ra phản ứng xà phòng hóa nếu chứa nhiều acid béo tự do dẫn đến hạn chế trong việc chọn lựa nguồn nguyên liệu, xúc tác dị thể bị hạn chế bởi khả năng tiếp xúc pha với nguyên liệu, chi phí sản xuất xúc tác và tuổi thọ của xúc tác cũng làm tăng giá thành của sản phẩm, xúc tác sau khi sử dụng thường khó xử lý dẫn đến những ảnh hưởng xấu đến môi trường [9]. Để khắc phục những bất lợi trên, một phương pháp mới đã được nghiên cứu và bước đầu đạt được những thành công trong việc khắc phục những khuyết điểm của các phương pháp truyền thống, đó là tiến hành phản ứng transester hóa ở điều kiện cận tới hạn mà không sử dụng xúc tác. Đó cũng là lý do mà chúng tôi chọn đề tài “Tổng hợp diesel sinh học từ chất béo của nấm men Yarrowia lipolytica Po1g bằng phương pháp methanol cận tới hạn” nhằm đóng góp một phần nhỏ vào các công trình nghiên cứu chung. 1.2 Mục đích nghiên cứu Mục đích của đề tài là tổng hợp biodiesel từ chất béo của nấm men Yarrowia lipolytica Po1g bằng phương pháp methanol cận tới hạn. Qua đó, đưa ra các thông số tốt nhất cho phản ứng tổng hợp biodiesel. Việc ứng dụng phương pháp methanol cận tới hạn để tổng hợp biodiesel có ý nghĩa rất lớn vì so với việc dùng xúc tác sản xuất thì phương pháp này đơn giản và thân thiện với môi trường. Hơn nữa, sự hiện diện của nước và acid béo tự do không ảnh hưởng tới hiệu suất của sản phẩm bởi vì bên trong thiết bị phản ứng xảy ra đồng thời hai quá trình: transester hóa của triglyceride và ester hóa của acid béo tự do [10]. Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) 4 Từ đó, nghiên cứu sẽ đề xuất phương pháp mới quá trình sản chất nhiên liệu sinh học theo quy mô công nghiệp. Với định hướng trên, đề tài sẽ thực hiện các mục tiêu như sau:  Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng.  Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng methanol lên hiệu suất chuyển hóa.  Khảo sát ảnh hưởng của thời gian lên hiệu suất chuyển hóa.  Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng của nước lên hiệu suất chuyển hóa.  Cuối cùng, phân tích đánh gia sơ bộ thành phần biodiesel. 1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: thành phần nguyên liệu và sản phẩm biodiesel tạo thành. Phạm vi của đề tài: đề tài chỉ tạo thành biodiesel bằng phương pháp cận tới hạn, hiệu suất chuyển hóa sản phẩm dầu sinh học được kiểm tra bằng máy sắc ký khí (GC), đánh giá các chỉ tiêu liên quan đến biodiesel dựa trên các tiêu chuẩn của TCVN. 1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Đề tài có tính khoa học và ý nghĩa thực tiễn cao, đây là hướng nghiên cứu được thế giới quan tâm và còn nhiều vấn đề cần được nghiên cứu. Với đặc thù là nước nông nghiệp, Việt Nam có nguồn phụ phẩm nông nghiệp lớn, đây lại là nguồn lignocellulose tiềm năng phục vụ cho quá trình sản xuất biodiesel. Công nghệ sản xuất bằng phương pháp methanol cận tới hạn là một phương pháp mới, đầy hứa hẹn vì nó có thể ứng dụng sâu trong nhiều lĩnh vực như: trích ly, thủy phân,…trong lĩnh vực hữu cơ. Nó có khả năng thay thế các phương pháp khác vì có những ưu điểm nổi bật về tính kinh tế và thân thiện với môi trường. Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/)