- TỔNG HỢP MỠ BÔI TRƠN SINH HỌC TỪ MỠ CÁ TRA, CÁ BASA VÀ DẦU THỰC VẬT ĐÃ QUA SỬ DỤNG. - Dầu nhớt và mỡ bôi trơn là các loại sản phẩm bôi trơn phổ biến nhất. - Thành phần chủ yếu của mỡ bôi trơn bao gồm dầu gốc bôi trơn, chất làm đặc và phụ gia. - Những quan ngại về vấn đề môi trường trong thời gian gần đây dẫn đến xu hướng sử dụng dầu thực vật hoặc dầu tổng hợp có khả năng phân hủy sinh học trong thành phần phối trộn của các loại sản phẩm mỡ bôi trơn. - Bài báo này trình bày những kết quả nghiên cứu tổng hợp mỡ bôi trơn sinh học từ mỡ cá tra, cá basa và dầu thực vật đã qua sử dụng ở quy mô phòng thí nghiệm.. - Từ khóa: chất bôi trơn sinh học, mỡ bôi trơn, tính phân hủy sinh học, acid béo, dầu thực vật. - Mỡ bôi trơn (sáp bôi trơn, mỡ bò, lubricating greases) là loại sản phẩm có nhiều dạng từ rắn cho tới bán lỏng, hình thành do sự phân bố của các chất làm đặc, dầu bôi trơn và các chất phụ gia khác nhằm tạo nên các đặc tính cần thiết của mỡ bôi trơn (Ortansa Florea et. - Tính chất của mỡ bôi trơn phụ thuộc vào cả dầu gốc bôi trơn và chất làm đặc (Phan Việt Đức, 2007). - Thành phần dầu gốc bôi trơn chủ yếu có trong các loại mỡ bôi trơn hiện nay là dầu khoáng do đặc tính bôi trơn tốt cũng như giá thành của nó. - Chính vì vậy, công nghệ sản xuất mỡ bôi trơn trên thế giới gần đây có khuynh hướng sử dụng các loại dầu mỡ động thực vật (Myamada, 2006) hoặc các loại dầu tổng hợp dễ phân hủy sinh học để làm dầu gốc trong công thức phối trộn tạo ra các sản phẩm bôi trơn (Goyan, R. - Nhằm phát triển những kết quả nghiên cứu từ nguồn nguyên liệu mỡ cá tra, cá basa cũng như nghiên cứu hướng tận dụng hiệu quả nguồn dầu ăn phế thải KFC chúng tôi thực hiện đề tài tổng hợp mỡ bôi trơn sinh học ở quy mô phòng thí nghiệm.. - Mỡ bôi trơn được tạo thành từ 3 hợp phần chính là dầu bôi trơn gốc, chất làm đặc và phụ gia. - Trong nghiên cứu này dầu bôi trơn gốc được sử dụng là biodiesel được biến đổi cấu trúc từ nguyên liệu mỡ cá tra, cá basa. - Chất làm đặc là xà phòng lithium (muối lithium) của các acid béo tổng hợp từ dầu phế thải KFC. - Quá trình tổng hợp sản phẩm mỡ bôi trơn bao gồm 3 công đoạn như sau:. - 2.1 Công đoạn 1: Tổng hợp dầu bôi trơn gốc từ mỡ cá tra, cá basa. - Mỡ cá được thực hiện phản ứng transester hóa với methanol ở điều kiện thích hợp (Trần Kiều Oanh, 2008), sau đó tiến hành chiết tách và làm khan để thu được biodiesel tinh khiết. - Sản phẩm biodiesel thu được từ mỡ cá được biến đổi cấu trúc bằng phản ứng epoxy hóa các vị trí C=C trên khung sườn hydrocarbon của các acid béo chưa no có trong mỡ cá. - Sự gia tăng nhóm phân cực trong cấu trúc sẽ giúp làm tăng độ nhớt của dầu bôi trơn. - Các phương trình phản ứng diễn ra trong quá trình này được minh họa như sau trên khung sườn methyl ester của acid oleic, một trong những loại acid béo chủ yếu có trong mỡ cá:. - Các yếu tố có thể ảnh hưởng đến hiệu suất quá trình epoxy hóa bao gồm tỉ lệ mol giữa methyl ester và hỗn hợp HCOOH/H 2 O 2 , thời gian phản ứng, nhiệt độ phản ứng, tốc độ khuấy trộn hỗn hợp phản ứng. - Trong giới hạn của nghiên cứu này chúng tôi chỉ tập trung khảo sát tỉ lệ mol HCOOH/H 2 O 2 và thời gian phản ứng.. - Tiến trình phản ứng được theo dõi bằng sắc ký bản mỏng (TLC). - Sản phẩm được. - Hỗn hợp thu được sau phản ứng tiếp tục được acid hóa bằng acid H 2 SO 4 đậm đặc thu được acid béo tự do (ký hiệu là Acid béo 1). - Các yếu tố được khảo sát trong giai đoạn này bao gồm lượng NaOH, thời gian phản ứng, nhiệt độ phản ứng sao cho lượng acid béo thu được là nhiều nhất.. - Sản phẩm Acid béo 1 sau khi tinh chế sơ bộ được tiếp tục biến đổi cấu trúc bằng phương pháp epoxy hóa sử dụng tác nhân epoxy hóa là hỗn hợp HCOOH/H 2 O 2 thu được sản phẩm Acid béo 2. - Hai yếu tố được tập trung khảo sát bao gồm tỉ lệ mol HCOOH/H 2 O 2 và thời gian phản ứng. - Tiến trình phản ứng được theo dõi bằng sắc ký bản mỏng (TLC).. - Hai mẫu mỡ bôi trơn được tổng hợp bằng cách phối trộn dầu gốc và 2 loại acid béo tổng hợp được như sau:. - Mẫu mỡ bôi trơn M1: Phối trộn giữa dầu gốc với xà phòng Li của acid béo 1 (hỗn hợp Acid béo 1 và dung dịch LiOH 10%). - Mẫu mỡ bôi trơn M2: Phối trộn giữa dầu gốc với xà phòng Li của acid béo 2 (hỗn hợp Acid béo 2 và dung dịch LiOH 10%).. - Các yếu tố có thể ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm mỡ bôi trơn bao gồm: tỉ lệ phối trộn giữa dầu gốc và chất làm đặc, thứ tự phối trộn, nhiệt độ phối trộn, tốc độ khuấy trộn hỗn hợp, thời gian khuấy trộn. - Chất lượng sản phẩm mỡ bôi trơn tổng hợp được đánh giá chất lượng qua một số chỉ tiêu hóa, lý như hàm lượng nước, độ chịu nhiệt, nhiệt độ nhỏ giọt, ăn mòn tấm đồng, hàm lượng acid béo tự do và tỉ trọng.. - Acid béo 1 Acid béo 2. - Chất lượng của sản phẩm mỡ bôi trơn được xác định tại Trung tâm Kỹ thuật tiêu chuẩn đo lường chất lượng 3, TP Hồ Chí Minh.. - 3.1 Tổng hợp dầu gốc từ mỡ cá tra, cá basa. - Mỡ cá được thực hiện phản ứng transester hóa với CH 3 OH xúc tác KOH. - Điều kiện phản ứng như sau. - Lượng KOH: 2% so với nguyên liệu - Lượng CH 3 OH: 20% so với nguyên liệu - Thời gian phản ứng: 120 phút. - Nhiệt độ phản ứng: 60°C - Tốc độ khuấy: 600 vòng/phút. - Sau phản ứng tiến hành tách chiết thu được sản phẩm methyl ester thô. - Sản phẩm methyl ester sau đó được epoxy hóa với hệ HCOOH/H 2 O 2 . - Phản ứng được thực hiện với 10 gram methyl ester. - Các yếu tố cố định bao gồm HCOOH (13% so với methyl ester), nhiệt độ phản ứng là 50°C, tốc độ khuấy là 700 vòng/phút. - Mức độ chuyển hóa của phản ứng được đánh giá dựa trên sắc ký bản mỏng với hệ dung môi giải ly là petroleum ether:ethyl acetate = 1:1. - Lượng HCOOH: 13% so với nguyên liệu - Tỉ lệ mol giữa HCOOH/H 2 O Thời gian phản ứng: 6 giờ. - Nhiệt độ phản ứng: 50°C - Tốc độ khuấy: 700 vòng/phút.. - Do thành phần mỡ cá tra, cá basa chứa nhiều loại acid béo khác nhau nên để xác định cấu trúc của sản phẩm tạo thành sau quá trình epoxy hóa chúng tôi thực hiện quá trình epoxy hóa trên tác chất ban đầu là methyl ester của acid oleic, một trong những acid béo không no hiện diện nhiều nhất trong mỡ cá. - Áp dụng các điều kiện tối ưu về tỷ lệ mol phản ứng, nhiệt độ và thời gian phản ứng đã tìm được thì hiệu suất phản ứng tổng hợp epoxy methyl oleate sau khi qua cột với hệ dung môi giải ly PE:EtOAc = 9.5:0.5 là 36.95%. - Sản phẩm là chất lỏng màu vàng nhạt, có R f = 0,48. - Tất cả những dữ liệu phổ nghiệm nêu trên cho thấy sản phẩm thu được sau quá trình epoxy hóa methyl oleate có cấu trúc như sau:. - Kết quả này xác nhận trong trường hợp thực hiện quá trình epoxy hóa hỗn hợp methyl ester của các acid béo có trong mỡ cá tra, cá basa, sản phẩm thu được sẽ là hỗn hợp methyl ester trong đó các vị trí bất bão hòa trên khung sườn carbon của các acid béo chưa no sẽ được epoxy hóa thành các vòng oxirane. - 3.2 Tổng hợp acid béo tự do từ dầu phế thải KFC. - Dầu nguyên liệu KFC (chỉ số acid, IA = 24.4, chỉ số iod = 9.5) được hòa tan trong ethanol và thực hiện phản ứng xà phòng hóa với NaOH. - Phản ứng được thực hiện ở những điều kiện khác nhau về lượng NaOH, thời gian và nhiệt độ. - Hỗn hợp sau phản ứng được để nguội thu được xà phòng thô. - Phần acid béo nhẹ hơn nước sẽ nổi lên trên. - Cho thêm dung môi petroleum ether vào để hòa tan acid béo. - Rửa lớp hữu cơ lần lượt với nước, dung dịch NaCl bão hòa, làm khan bằng Na 2 SO 4 , lọc và cô đuổi dung môi thu được Acid béo 1.. - Để khảo sát ảnh hưởng của lượng NaOH sử dụng, chúng tôi thực hiện phản ứng xà phòng hóa với 10 gram dầu nguyên liệu KFC. - Phản ứng được thực hiện ở 60°C trong thời gian 60 phút, tốc độ khuấy trộn là 700 vòng/phút, thay đổi lượng NaOH lần lượt ở các giá trị và 55% so với lượng nguyên liệu. - Bảng 1: Ảnh hưởng của lượng NaOH đến lượng Acid béo 1 tạo thành. - Khối lượng acid béo 1 (g . - Khối lượng acid béo (g). - Hình 1: Ảnh hưởng của lượng NaOH đến lượng Acid béo 1 tạo thành. - Từ đây cho thấy lượng NaOH cần thiết trong giai đoạn xà phòng hóa là 45% tương ứng lượng Acid béo 1 thu được là nhiều nhất (9.5 gram). - Bằng cách khảo sát tương tự, chúng tôi tìm được thời gian thích hợp để thực hiện phản ứng xà phòng hóa-acid hóa dầu phế thải KFC một cách hiệu quả là 60 phút (Bảng 2, Hình 2) và nhiệt độ là 70°C (Bảng 3, Hình 3).. - Tóm lại, điều kiện tổng hợp Acid béo 1 từ dầu ăn phế thải KFC như sau:. - Lượng NaOH: 45% so với dầu nguyên liệu - Thời gian phản ứng: 60 phút. - Nhiệt độ phản ứng: 70°C. - Sản phẩm Acid béo 1 sau đó được tiếp tục epoxy hóa sử dụng tác nhân epoxy hóa là hỗn hợp HCOOH/H 2 O 2 theo phương pháp tương tự như trong trường hợp tổng hợp dầu gốc (Mục 3.1) thu được Acid béo 2.. - Bảng 2: Ảnh hưởng của thời gian phản ứng. - Acid béo 1 (g . - Bảng 3: Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng. - Nhiệt độ (°C . - Thời gian phản ứng ( phút. - Nhiệt độ phản ứng (độ C). - Hình 2: Ảnh hưởng của thời gian phản ứng. - Hình 3: Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng. - Quy trình phối trộn hai loại mỡ bôi trơn M1 và M2 được thực hiện như sau: Hỗn hợp phản ứng gồm dầu gốc và acid béo tự do (Acid béo 1 hoặc Acid béo 2) được cho vào cốc 250 mL, tiếp theo là dung dịch LiOH 10%. - Nâng nhiệt độ phản ứng lên 110–112°C trong khoảng 1 giờ sau đó tăng nhiệt độ lên 165–170°C và duy trì ở nhiệt độ này trong khoảng thời gian 10 phút. - Phối trộn mẫu bôi trơn M1: Đối với trường hợp này lượng dầu gốc và chất làm đặc tìm được cho mẫu sản phẩm bôi trơn theo đánh giá cảm quan tốt nhất như sau:. - Lượng Acid béo 1: chiếm 64.28% so với dầu gốc Dung dịch LiOH 10%: chiếm 25% so với dầu gốc. - Phối trộn mỡ bôi trơn M2: Ở trường hợp này điều kiện phối trộn tạo mẫu sản phẩm theo đánh giá cảm quan tốt nhất như sau:. - Lượng Acid béo 2: chiếm 54.28% so với dầu gốc. - Mặt khác, với việc sử dụng Acid béo 2 phân cực hơn trong công thức phối trộn dẫn đến giảm lượng acid béo sử dụng (từ 64% giảm còn 54%) đồng thời quá trình phối trộn cũng diễn ra dễ dàng hơn, sản phẩm có độ bôi trơn cao hơn và bóng đẹp hơn mẫu M1. - Mẫu mỡ bôi trơn M2 được tiến hành đánh giá chất lượng qua một số chỉ tiêu hóa, lý. - Kết quả thử nghiệm cho thấy sản phẩm mỡ bôi trơn M2 có nhiệt độ nhỏ giọt khá cao (185°C), không tách dầu nên sử dụng thích hợp để bôi trơn cho các chi tiết máy móc có nhiệt độ làm việc cao (thấp hơn nhiệt độ nhỏ giọt khoảng 10°C). - Khi tăng hàm lượng Acid béo 2 từ 54.28% lên 59% thì sản phẩm thu được đặc hơn và nhiệt độ nhỏ giọt cũng tăng tương ứng, từ 185°C đến 187°C. - Như vậy, có thể điều chỉnh tỉ lệ phối trộn giữa dầu gốc và chất làm đặc để thu được sản phẩm mỡ bôi trơn có đặc tính phù hợp cho mục đích sử dụng cụ thể. - Ngoài ra, mức độ ăn mòn của sản phẩm M2 so với thang so màu ăn mòn lá đồng là thấp nhất (1a), do đó có thể sử dụng để bôi trơn các chi tiết máy móc bằng kim loại.. - Bảng 4: Đánh giá chất lượng mẫu mỡ bôi trơn M2. - Kết quả cho thấy phải cần đến 33.33% dung dịch NaOH và 66.67% Acid béo 2 (so với dầu gốc) mới có thể thu được hỗn hợp gel đồng nhất. - Hai mẫu mỡ bôi trơn đã được tổng hợp thành công từ mỡ cá tra, cá basa và dầu ăn phế thải KFC. - Các thông số Hóa, Lý của sản phẩm mỡ bôi trơn M2 (được phối trộn từ dầu gốc tổng hợp từ mỡ cá tra, cá basa và chất làm đặc gồm acid béo tổng hợp từ dầu phế thải KFC và dung dịch LiOH 10%) cho thấy nhiệt độ chảy giọt khá cao và không tách dầu, tính ăn mòn rất thấp nên phù hợp cho mục đích bôi trơn các chi tiết máy móc vận hành ở nhiệt độ cao. - Việc biến đổi cấu trúc khung sườn carbon của các acid béo bằng phương pháp epoxy hóa đơn giản nhưng hiệu quả cao, giúp làm tăng độ bền nhiệt của sản phẩm mỡ bôi trơn. - hủy sinh học của sản phẩm đang được tiếp tục thực hiện. - Bên cạnh đó, nghiên cứu sử dụng xà phòng nhôm thay cho xà phòng Li cũng như biến đổi cấu trúc sườn carbon của các acid béo bằng phản ứng alkyl hóa Friedel-Crafts đang được triển khai tại phòng thí nghiệm.. - (ZDDP)/ Diphenylamin (DPA) cho mỡ bôi trơn phân hủy sinh học gốc dầu bông, LVTN, Hà Nội.