Sản xuất cồn khô giá thành cạnh tranh

thylenetetramine)18,19 - Hexamine là hợp chất hữu cơ có công thức phân tử là 4126 NHC và công thức cấu tạo là: Hình 1: Hexamine Nó là hợp chất hữu cơ dị vòng và có thể được điều chế bằng phản ứng giữa Formaldehid (HCHO) và Amoniac (NH3). Hexamine được sử dụng kết hợp với 1,3,5-Trioxane trong bánh nhiên liệu Hexamine (trong đó Hexamine là thành phần chủ yếu). Luận văn tốt nghiệp 4 Hình 2: Hexamine dạng bánh Bánh nhiên liệu này thường được gọi là Esbit, viết tắt của từ "Erich Schumms Brennstoff in Tablettenform", nó được phát minh bởi một người Đức tên là Murrhardt vào năm 1932. Nó được bán dưới nhiều hình dạng và kích cỡ khác nhau và hiện nay trên thị trường nhiên liệu Hexamine ở dạng bánh này còn có rất nhiều tên gọi khác nhau như:  Hexi Tabs  Hexamine Tabs  ESBIT Tabs  Fuel Tabs  HEF Tabs  Hexi Block Mỗi kg Esbit này có giá khoảng 35,71 USD Luận văn tốt nghiệp 5 Hình 3: ESBIT Tabs Nhiên liệu rắn ở dạng bánh này được sử dụng để đun nấu thức ăn trong những buổi cắm trại, trang bị cho quân đội, trong tổ chức cứu tế…Nó dễ cháy, sạch, có hiệu suất tạo năng lượng cao, không hóa lỏng trong suốt quá trình cháy và không để lại tro. Bên cạnh những ưu điểm như đã nêu ở trên, loại nhiên liệu này còn có một trở ngại rất lớn khi sử dụng đó là nó độc. Bánh nhiên liệu này phát ra hơi khói độc hại như: hơi Formaldehid (HCHO), Amoniac (NH3), Carbon oxid (CO), Hydrogen cianur (HCN) và Nitrogen oxid (NO),... khi cháy. Ngoài mục đích sử dụng để làm nhiên liệu, Hexamine cũng có thể được sử dụng như chất khử trùng và dùng trong chất nổ… 3.2. Trioxane18,19 Còn được gọi là - triox, GI fuel tabs, Metaformaldehyde, Trioxane; 1,3,5- Trioxacyclohexane; 1,3,5-Trioxane; Aldeform; Formagene; Marvosan, s- Trioxane, s-Trixane, sym-Trioxane, Triformol, Trioxymethylene. Trioxane là một hợp chất hữu cơ dạng vòng có công thức phân tử là C3H6O3. Mỗi vòng có sáu cạnh tương ứng với ba nguyên tử Carbon và ba nguyên tử Oxi. Hợp chất này có hai dạng đồng phân là: + 1,2,4-Trioxane: chủ yếu được biết đến như là một nguyên tố chủ yếu trong chất chống sốt rét. Luận văn tốt nghiệp 6 + 1,3,5-Trioxane: chủ yếu được biết đến như là một thuốc thử hoá học, nhưng cũng được sử dụng như là một nhiên liệu. Loại nhiên liệu này có chứa Metaformaldehyde nên độc và thoát ra khí Formaldehid (cũng độc) khi nó phân huỷ. Ngoài nhược điểm nói trên, Trioxane còn có ưu điểm là giá rẻ, sức nóng chỉ bằng một nửa Hexamine nhưng Trioxane cháy với ngọn lửa màu xanh, tốt hơn ngọn lửa màu vàng của Hexamine. Hình 4: Trioxane 3.3. Metaldehyde18,19 Metaldehyde gọi tắt là là META, Meta-fuel, tên gọi theo danh pháp quốc tế là r-2, c-4, c-6, c-8-Tetramethyl-1,3,5,7-tetroxocane và còn có tên khác là 2,4,6,8-Tetramethyl-1,3,5,7-tetraoxocanemetacetaldehyde. Luận văn tốt nghiệp 7 Hợp chất này có công thức phân tử là: C8H16O4 Công thức cấu tạo là: Loại bánh nhiên liệu này không được thấy phổ biến như Hexamine và Trioxane. Nó được tạo ra bởi LONZA và có thể được tìm thấy ở Châu Âu và Nhật. Hình 5: Bánh nhiên liệu Metaldehyde Loại nhiên liệu này tuy độc hại nhưng chỉ ở mức độ vừa phải, nó có thể gây ra cái chết cho những con vật cưng nuôi trong nhà cũng như những động vật hoang dã. META được sử dụng cho đèn, cho những cái bếp nhỏ, cho bộ phận đánh lửa và hiện tại nó là hợp chất phổ biến nhất được sử dụng trong thuốc diệt côn trùng. 3.4. Cồn khô: (Solid Alcohol, Dry Spirit, Waxed Solid Fuel, Pastilles Carburant Solide, Flaming Solid Alcohol…)18. Cồn khô là một nhiên liệu rắn với thành phần chính là cồn tinh khiết. Luận văn tốt nghiệp 8 Hình 6: Chinese Solid Alcohol (Cồn khô Trung Quốc) Cồn khô có thể dùng để đun nấu hoặc dùng cho lò sưởi, nó có nhiều ưu điểm như : o Tăng độ ổn định trong thời gian bảo quản. o Giảm nhẹ tốc độ cháy (so với cồn lỏng). o Không phát sinh sản phẩm phụ độc hại. o Không khói, không độc. o Sản phẩm sạch. o An toàn khi sử dụng. o Tiện lợi (nhiên liệu này sạch, gọn nhẹ và còn có thể dùng ở ngoài trời, nên rất thích hợp với các buổi dã ngoại). Với rất nhiều ưu điểm như trên nên hiện nay loại nhiên liệu này được sử dụng rộng rãi ở Châu Á và Châu Âu. Hình 7: Japanese Waxed Methanol (Sáp Metanol Nhật Bản) Luận văn tốt nghiệp 9 Hình 8: American Gelled Alcohol (Cồn đặc Mỹ) Hạn sử dụng của loại nhiên liệu này phụ thuộc vào việc bao bọc và cách bảo quản. Do đó chúng phải được bọc thật kín bởi nhiều lớp bao bì và được giữ trong bọc bằng nhựa hoặc hợp bằng kim loại. 3.5. Nhiên liệu nhão (paste fuel)18 Còn gọi là fire paste Hình 9: Fire paste Loại nhiên liệu này thường được sử dụng để nhóm lửa hoặc dùng để đun nóng sơ bộ một một chất lỏng nào đó. Nhiên liệu nhão này có thể có thể được điều chế từ nhiều thành phần khác nhau. 3.6. Những sản phẩm gỗ/ sinh khối18 Luận văn tốt nghiệp 10 Những sản phẩm gỗ hay sinh khối bao gồm củi, giấy, than, than củi, gỗ nén, lá khô, rơm rạ… Hình 10: Nhiên liệu sinh khối (gỗ) Mặc dù những nhiên liệu rắn này thường tốn nhiều thời gian khi sử dụng, và thường dẫn đến kết quả là gây bẩn tay hoặc quần áo của người sử dụng nhưng hiện nay có hơn 3 tỉ người trên thế giới phụ thuộc vào chúng để đun nấu và sưởi ấm. Đây là thủ phạm gây nên tình trạng ô nhiễm trong nhà, làm phát sinh rất nhiều bệnh tật như: làm hủy tế bào máu, tế bào gan, thận; gây ung thư, viêm da, tổn hại đến hệ thần kinh trung ương, buồn nôn, mất phương hướng; mệt mỏi; ảnh hưởng đến khả năng sinh sản (hiếm muộn, vô sinh) và giảm tỉ lệ sinh sản (khó đậu thai, sinh ít con) và phổ biến nhất là bệnh đường hô hấp... Nguyên nhân dẫn đến những căn bệnh trên là: trong khói bếp do đốt cháy những nhiên liệu như than, củi…có chứa các hợp chất hữu cơ bay hơi (VOC- volantile organic compounds). Các VOC cũng có thể được tìm thấy trong các sản phẩm như sơn, khói thuốc lá, khói nhang, thuốc xịt muỗi, nước hoa xịt phòng, mỹ phẩm, khăn giấy, bột giặt, nước làm mềm vải, giấy dán tường, xi đánh giày (cire), keo dán tổng hợp, hóa chất bảo quản đồ nội thất.... Đối tượng bị ảnh hưởng nặng nề nhất của dạng ô nhiễm này là phụ nữ và trẻ em. Mỗi năm trên thế giới có khoảng 1,5 triệu người chết vì ô nhiễm trong nhà Luận văn tốt nghiệp 11 và trong phòng làm việc. Đây là những số liệu được đưa ra tại Hội nghị Ủy ban Liên Hiệp Quốc về phát triển bền vững ở New York. Hội nghị nhìn nhận việc sử dụng nhiên liệu rắn là một trong 10 hiểm họa lớn đối với sức khỏe của dân chúng. Như vậy, mỗi nhiên liệu nói trên điều có những ưu và nhược điểm riêng của nó. Nhưng nói chung việc lựa chọn một nhiên liệu thích hợp còn phụ thuộc vào hoàn cảnh và mục đích sử dụng. Riêng với mục đích sử dụng nhiên liệu để đun nấu khi đi dã ngoại hoặc dùng để sưởi ấm ...mà có độ an toàn cao và tiện lợi thì cồn khô là một sự lựa chọn thích hợp nhất. Luận văn tốt nghiệp 12 CHƯƠNG 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1. LÝ THUYẾT VỀ CỒN KHÔ 2.1.1. Khái niệm Cồn khô là một loại nhiên liệu dạng rắn, nửa rắn hoặc gel có thành phần cơ bản là rượu tinh khiết. 2.1.2. Tính chất chung Tiêu chuẩn công nghiệp cho nhiên liệu cồn khô [TIS 950-2533 (1990)] là: + Sản phẩm phải đồng nhất + Dễ cháy + Vẫn giữ được hình dạng ban đầu (không bị vỡ khi cầm và chảy ra khi đốt). + Khi cháy không có khói, không tỏa ra mùi khó chịu và ngọn lửa có thể nhìn thấy được. + Cung cấp một ngọn lửa đủ nóng và đủ thời gian để đốt cháy một vật liệu dễ cháy (1g mẫu cháy không dưới 45 giây). 2.1.3. Ứng dụng Cồn khô là một loại nhiên liệu tiện lợi và an toàn cho việc sử dụng trong sinh hoạt gia đình, khách sạn, nhà hàng, khi đi picnic, thám hiểm, quốc phòng, hàng không, hải đảo…Rất phù hợp với các mục đích như: + Dùng để sưởi ấm, thắp sáng. Hình 11: Sự cháy của Cồn khô + Đun nấu Luận văn tốt nghiệp 13 Cồn khô còn được dùng làm nhiên liệu cho bộ tiết kiệm xăng trong xe gắn máy. Ông Nguyễn Thanh Long, 40 tuổi, quê Điện Bàn - Quảng Nam, hiện sống tại khu phố 8, Bình Hưng Hoà, Tân Bình – TP HCM, đã chế tạo được thiết bị này. Thiết bị này đã được Chi cục Tiêu chuẩn - Đo lường - Chất lượng TP HCM kiểm định và cho biết kết quả giảm được 10,39% so với mức tiêu hao nhiên liệu bình thường. 2.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ CỒN KHÔ Có rất nhiều phương pháp khác nhau dùng để điều chế cồn khô như:  Phương pháp điều chế cồn khô có sử dụng Calci acetat bão hoà.  Phương pháp điều chế cồn khô có sử dụng acid béo và kiềm.  Phương pháp điều chế cồn khô có sử dụng dẫn xuất Cellulose với một lớp ngăn chặn sự hydrat hoá.  Phương pháp điều chế cồn khô có sử dụng nhiên liệu vô cơ. 2.2.1. Phương pháp điều chế cồn khô có sử dụng Calci acetat bão hoà 2.2.1.1. Cơ sở lý thuyết Khi trộn Calci acetat bão hòa trong dung môi nước với rượu thì sẽ tạo thành cồn khô dưới dạng keo Calci acetat. Kết quả trên có thể được giải thích bằng “phương pháp thay dung môi”: Khi thông số trạng thái thay đổi làm cho hóa thế cấu tử tồn tại trong môi trường phân tán trở nên lớn hơn ở trạng thái cân bằng, do đó xu hướng của quá trình sẽ diễn ra theo chiều chuyển về trạng thái cân bằng, tức là pha mới được tạo ra. Trong phương pháp này dung môi được thay thế, tức là thay đổi thành phần môi trường. Do vậy, Calci acetat bão hòa trong môi trường nước, nhưng nó trở thành quá bão hoà trong môi trường rượu - nước (Calci acetat không tan trong rượu) nên quá trình ngưng tụ xảy ra6. 2.2.1.2. Công thức điều chế Trong phương pháp này cồn khô được điều chế từ 75 ml rượu Etylic (Etanol) và 10 ml Calci acetat bão hoà (được điều chế từ 3g Calci acetat và 10ml nước)17 tương ứng với tỷ lệ 7,5:1. Và từ 40ml Etanol và 10 ml Calci acetat bão hoà, từ một nguồn tài liệu khác. Luận văn tốt nghiệp 14 Sản phẩm cồn khô theo thành phần này có tên thương mại là Sterno. 2.2.2 Phương pháp điều chế cồn khô có sử dụng acid béo và kiềm 2.2.2.1 Cơ sở lý thuyết Trong alcol nóng, acid béo được hòa tan tốt hơn và phản ứng nhanh với kiềm tạo thành một tác nhân tạo gel là xà phòng acid béo và nước. OHCOONaHCNaOHCOOHHC 235173517  Natri stearat Natri stearat được tạo thành sẽ hòa tan một phần trong nước và hình thành một lớp vỏ cứng. Khi đó rượu sẽ thấm vào lớp vỏ cứng này và tạo thành cồn khô. 2.2.2.2. Công thức điều chế Trong bằng phát minh số 1266080; 1389638 và 1484190 của Mỹ chỉ ra một nhiên liệu cồn khô không bị hóa lỏng và giữ lại được hình dạng trong suốt quá trình cháy. Nhiên liệu cồn khô có dạng gel dẻo nó được tạo ra dưới hình dạng của một cái ống được chỉ trong bằng phát minh số 3183068; hoặc có hình khối vuông như được chỉ trong bằng phát minh số 1545595. Tất cả những nhiên liệu cồn khô được nói ở trên đều có chứa loại rượu có mạch Carbon thấp như Metanol và Etanol tự do hoặc được pha trộn và tác nhân tạo gel là Natri stearat được điều chế tại chỗ với sự có mặt của nước, chúng được tạo thành từ phản ứng giữa Natri hidroxid với acid Stearic được hoà tan trong rượu. Nước có mặt để giúp hòa tan xà phòng (Natri stearat), sự hiện diện của một lượng rất nhỏ (5-25%) của nước là cần thiết để hình thành một cấu trúc được dẫn ra trong bằng phát minh số 3,183,008 của Mỹ. Theo bằng phát minh của Mỹ số 4436525, được Barney J. Zmoda công bố vào ngày 13/03/1984, loại tác nhân tạo gel thích hợp nhất theo phương pháp này là Natri stearat, nó được tạo thành bởi phản ứng hoàn toàn của acid béo cao phân tử và một chất kiềm như NaOH để tăng pH đến khoảng 9. Acid béo được sử dụng là acid Stearic. Cũng theo phát minh đó, thành phần chủ yếu tạo nên sự cháy trong sản phẩm này là một hỗn hợp đặc biệt của Metanol và Isopropanol, chiếm tối thiểu là 85% Luận văn tốt nghiệp 15 khối lượng của toàn bộ thành phần. Tỉ lệ kết hợp của hai loại cồn này là rất quan trọng và cần thiết, để tạo ra một loại cồn khô mà nó không bị chảy trong suốt quá trình đốt và cung cấp ngọn lửa đủ thời gian để đốt cháy một vật liệu dễ cháy như than hoặc gỗ. Barney J. Zmoda đã tiến hành một loạt thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của các tỷ lệ khác nhau giữa Metanol và Isopropanol. Sau đó nhà phát minh này tiếp tục thực hiện các thí nghiệm để khảo sát ảnh hưởng của NaOH đến sự hình thành sản phẩm. Đúc kết những kinh nghiệm thu được từ một loạt thí nghiệm trên, Barney J. Zmoda đã đi đến nhận định cuối cùng cho thành phần tạo nên cồn khô theo phương pháp này, gồm có: MeOH : 67,7% IPA : 26% Acid Stearic : 5,5% NaOH : 0,8% Tất cả những thành phần trên đều là dạng khan. Sản phẩm thu được theo bằng phát minh số 4436525 của Barney J. Zmoda có các đặc điểm sau: + Không bị hoá lỏng trong suốt quá trình cháy. + Vẫn duy trì được hình dạng ban đầu của nó. + Sản phẩm cháy sạch, không có bồ hóng. + Khi cháy không có khói, không mùi và ngọn lửa có thể nhìn thấy được. Trong thành phần của nhiên liệu cồn khô dạng gel này cũng có thể được trộn vào một số chất mà vẫn không có ảnh hưởng bất lợi đến tính chất của sản phẩm. Các chất đó có thể là: thuốc nhuộm (như Phenolphtalein, Rose Bengal) dùng để chỉ thị hoặc để gia tăng giá trị thẩm mỹ cho sản phẩm; những chất dùng để tạo màu ngọn lửa như muối Natri và muối Kali của Nitrat và Clorat, cũng như các muối của Li, Bo, Cu…Những thành phần này chỉ được sử dụng với một lượng nhỏ, thường thì sử dụng không vượt quá 1% khối lượng và thích hợp nhất là 0,5%. Luận văn tốt nghiệp 16 2.2.3. Phương pháp điều chế cồn khô có sử dụng dẫn xuất Cellulose với một lớp ngăn chặn sự hydrat hóa. 2.3.1. Cơ sở lý thuyết Ở vùng pH của dung dịch nhỏ, chính các nhóm ion được ion hoá gây tác dụng qua lại làm cho mạch phân tử có phần bị co lại, nên độ nhớt cũng giảm. Khi tăng pH của dung dịch thì mạch phân tử của các chất cao phân tử điện li giãn ra do sự ion hoá tăng lên, nên độ nhớt của dung dịch cũng tăng lên. Do đó khi trộn lẫn các thành phần nước, cồn, Hydroxypropyl methyl cellulose được thực hiện bằng cách hạ thấp độ pH của hỗn hợp. Sau đó độ pH của hỗn hợp được tăng lên làm tăng độ nhớt và cồn được chuyển sang dạng gel. 2.3.2. Công thức điều chế Trong bằng phát minh số 3,214,252 của Mỹ công bố về một nhiên liệu cồn khô với thành phần gồm có: một tác nhân tạo gel là hợp chất cao phân tử, Metanol hoặc Etanol hoặc Isopropanol dưới 40% nước và một chất kiềm để điều chỉnh pH của thành phần hỗn hợp đến khoảng từ 6 - 9. Sản phẩm này có thể được lấy ra dễ dàng và vẫn giữ được hình dạng trong suốt quá trình cháy. Ở pH trên 9, cồn khô dễ bị chảy rữa, không thể được lấy ra với hình dạng mong muốn và không thể cầm, mặc dù nó có thể cháy. Bằng phát minh của Mỹ số 4971597 do Scott Gartner, công bố vào ngày 20/11/1990, mô tả thành phần phần chính của loại nhiên liệu này là: rượu, dẫn xuất Cellulose, kiềm, Alumin trihydrat. Những loại cồn phù hợp cho phương pháp này chứa từ 1 đến 10 nguyên tử Carbon. Những loại rượu đó bao gồm: Metanol, Etanol, Propanol, Isopropanol, Butanol, Isobutyl alcohol, Terbutyl alcol, Pentanol, Isopentyl alcol, Neopentyl alcol, Hexanol, Heptanol, Octanol, Nonanol, Decanol và cũng có thể sử dụng alcol đồng phân với những alcol trên. Những alcol vòng như: Cyclopropanol, Cyclobutanol, Cyclopentanol, Cyclohexanol, Cycloheptanol, Cyclononanol và Cyclodecannol cũng có thể được sử dụng trong phương pháp này. Trong tất cả những alcol đó thì alcol thích hợp nhất để sử dụng trong phương pháp này là những alcol có mạch Carbon thấp như: Metanol, Etanol, Propanol và Isopropanol. Luận văn tốt nghiệp 17 Trong thành phần của phương pháp này có chứa một chất ngăn chặn khói. Chất ngăn chặn khói tiêu biểu và thích hợp nhất trong phương pháp này là Alumin trihydrat. Những chất ngăn chặn khói khác có thể thay thế Alumin trihydrat bao gồm: muối Borat của kim loại kiềm (cũng có thể sử dụng kết hợp với Amonium sulfat (NH4)2SO4, Amonium clorur (NH4Cl) và Amonium phosphat (NH4)3PO4. Những chất khác như dẫn xuất Antimon oxid (Stibium oxid) cũng phù hợp. Alumin Trihydrat được bán dưới những tên thương mại như: SB-30, Onyx Elite series, FRE, Micral 805, SB-331/SB-332, Sb-631/SB-632, SB-431/SB-432, SB-335/SB-336 và Micral 632, tất cả có thể sử dụng trong thành phần của phát minh trên. Dẫn xuất Cellulose phù hợp để thực hiện phát minh này là: Cellulose akyl ethers, Hydroxyakyl alkyl ethers. Dẫn xuất Cellulose được sử dụng trong phương pháp này có một điểm đặc biệt là có một lớp hiện diện trên bề mặt nó làm chậm lại sự hydrat hóa khi được trộn với dung dịch cồn. Lớp phủ ngoài tiêu biểu trong dẫn xuất Cellulose là một lớp acid như: lớp Polyacrylic acid. Dẫn xuất Cellulose cũng có thể được xử lý trên bề mặt với Glyoxal như được chỉ trong bằng phát minh số 3072635 của Mỹ. Những loại dẫn xuất Cellulose eter bao gồm: Metyl cellulose, Etyl cellulose, Propyl cellulose và Butyl cellulose. Trong số dẫn xuất Cellulose nhóm Hydroxyakyl akyl cellulose thì những loại tiêu biểu là: Hydroxypropyl metyl cellulose, Hydroxyetyl etyl cellulose, Hydroxypropyl etyl cellulose, Hydroxyetyl metyl cellulose, Hydroxypropyl propyl cellulose, Hydroxyetyl propyl cellulose. Trong tất cả những dẫn xuất Cellulose để sử dụng trong phương pháp này thì loại dẫn xuất Cellulose thích hợp nhất là Hydroxypropyl metyl cellulose được bán dưới tên thương mại là Methocel J75 MS. Lớp phủ ngoài là acid tự nhiên hoặc Glyoxylated. Lớp phủ ngoài này hạn chế sự hydrat hoá trong việc sản xuất tất cả nhiên liệu rắn nhanh và có hiệu quả. Dẫn xuất Hydroxypropyl metyl cellulose trong phương pháp này chứa từ 5 đến 12 phần bởi trọng lượng của nhóm Hydroxy và từ khoảng 27 đến 30 phần khối lượng của Cellulose eter. Dãn xuất Cellulose thuận lợi cho sử dụng chứa từ 7 đến 12 phần khối lượng của nhóm hydroxypropoxyl và từ 28 đến 30 phần khối Luận văn tốt nghiệp 18 lượng của nhóm metoxyl. Loại dẫn xuất Cellulose thích hợp này được bán bởi công ty hoá chất Dow dưới tên thương mại là Methocel J75 MS. Methocel J75 MS có một lớp phủ ngoài đặc biệt ngăn chặn sự hydrat hoá của dẫn xuất Cellulose. Chất Methocel được thực hiện trong phát minh này (bằng phát minh số 4971597) được điều chế bằng những phương pháp được mô tả trong phát minh số 3072635 của Mỹ. Phát minh số 3072635 cũng chỉ ra rằng vật liệu thích hợp dùng để xử lý bề mặt của dẫn xuất Cellulose là Glyoxylat với một lượng nhỏ của glyoxal. Glyoxal ngăn chặn sự hydrat hóa của vật liệu Cellulose cho đến khi chất kiềm được thêm vào vì vậy nó ảnh hưởng đến sự tạo gel của nhiên liệu cồn. Chất kiềm rất cần thiết để bắt đầu sự hydrat hoá. Có thể sử dụng mọi chất kiềm mà nó có thể làm tăng pH đến 8 hoặc hơn nữa. Những loại chất kiềm đó bao gồm: Liti hydroxid, Natri hydroxid, Kali hydroxid, Cesium hydroxid. Cũng có thể thay kiềm bằng những muối như: Liti Carbonat, Natri Carbonat, Kali carbonat, Cesium carbonat, Rubidi carbonat, Calci hydroxyt, Magnesium hydroxid, Stronti hydroxid, Stronti carbonat, Bari hydroxid, Bari carbonat, Beri carbonat để làm đặc cồn. Nhiên liệu cồn khô được đều chế theo phương pháp này gồm có: + 170g rượu + 50g nước + 10g Methocel J75 MS + 2-4g NaOH + Và một lượng rất ít Alumin trihydrat được thêm vào để ngăn chặn khói. Sản phẩm được tạo thành có các đặc điểm như: + Dẻo, bền + Dễ cháy + Hạn chế sinh ra thành phần độc hại khi cháy. + Không sinh ra bồ hóng và tro + Chi phí thấp + An toàn và tiện lợi khi vận chuyển và sử dụng Luận văn tốt nghiệp 19 2.2.4. Phương pháp điều chế cồn khô có sử dung nhiên liệu vô cơ Bằng phát minh số 470471 của Thụy Sĩ công bố một nhiên liệu dạng nhão, nó là một loại nhiên liệu có chất mang là Silic dioxid, kích cỡ hạt từ 3 đến 40 micromet. Loại nhiên liệu này cũng chứa Etanol, và nó được đóng gói trong một cái ống để ngăn ngừa sự nguy hiểm xảy ra do nổ. Nhiên liệu này được làm bằng cách thêm Etanol vào chất mang đồng thời có khuấy trộn dung dịch cho tới khi đạt được một hỗn hợp nhão đồng nhất. Phát minh số 482008 của Thụy Sĩ công bố một nhiên liệu mềm và dẻo với thành phần gồm: 80-90 phần khối lượng của Etanol và 10-20 phần khối lượng của một hỗn hợp nhiên liệu vô cơ. Hỗn hợp nhiên liệu vô cơ này gồm Silic dioxid và ít nhất là một hợp chất oxid khác của Silic, Titan, Zirconium, hoặc Nhôm hoặc ít nhất là một Carbonat hoặc hydroxid của một kim loại kiềm hoặc một kim loại kiềm thổ. Trong phát minh số 3964880 của Thụy Sĩ, được Walter Siegrist công bố vào ngày 22/06/1976, cung cấp một nhiên liệu với các đặc tính như: mềm, dẻo, tỏa ra năng lượng lớn hơn những dạng nhiên liệu dẻo khác. Loại nhiên liệu này cũng có thành phần chính là Etanol, không sản sinh ra bồ hóng khi cháy, và sau khi cháy sinh ra ít tro hơn những nhiên liệu nhão khác cũng được làm từ thành phần chính là Etanol. Thành phần của loại nhiên liệu này gồm có: 0,1 đến 8 phần khối lượng của hỗn hợp nhiên liệu vô cơ, 77 đến 96,3 phần khối lượng của Etanol và từ 0,1 đến 5 phần khối lượng của tác nhân tạo gel dung dịch cồn. Hỗn hợp nhiên liệu vô cơ là: Silic dioxid và Calci hydroxid hoặc Silic dioxid, Titan dioxid và Calci hydroxid hoặc Silic dioxid và Nhôm oxid. Tác nhân tạo gel dung dịch cồn tốt nhất là Cellulose eter, phù hợp nhất là Hydroxypropyl cellulose. Dưới đây là một số công thức điều chế cồn khô theo phương pháp này:  Cách 1: + Cho 72g Silic dioxid và 1,2g Calci hydroxid vào 2 874g Etanol và khuấy nhanh khoảng 1,5 phút. + Sau đó thêm vào 54g Hydroxypropyl cellulose và trộn đều. Luận văn tốt nghiệp 20 + Hỗn hợp này sẽ đông đặc dần cho đến khi giống như một khối gel đồng nhất (khoảng 1,5 giờ).  Cách 2: + Cho 6g Silic dioxid, 6g Titan dioxid và 0,1g Calci hydroxid vào 2898g Etanol. + Sau đó thêm vào 90g Hydroxypropyl cellulose và trộn đều.  Cách 3: + Cho 6g Silic dioxid, 6g Nhôm oxid vào 1 026g Etanol. + Cho vào 84g Metylhydroxybutyl và trộn khoảng 10 phút (với vận tốc trộn trung bình). + Sau đó thêm vào 374g nước. + Sau 20 phút cho vào thêm 1 504g Etanol sẽ thu được khối gel đồng nhất. Luận văn tốt nghiệp 21 CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM Do thời gian và tài chính có hạn nên trong luận văn này chỉ tập trung nghiên cứu ba phương pháp phổ biến nhất dùng để điều chế cồn khô, đó là:  Phương pháp điều chế cồn khô có sử dụng Calci acetat bão hoà.  Phương pháp điều chế cồn khô có sử dụng acid béo và kiềm.  Phương pháp điều chế cồn khô có sử dụng tác nhân tạo gel là hợp chất cao phân tử. 3.1. ĐIỀU CHẾ CỒN KHÔ 3.1.1. PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ CỒN KHÔ CÓ SỬ DỤNG CALCI ACETAT BÃO HOÀ (Phương Pháp 1) 3.1.1.1. Qui trình điều chế (1) (2) (3) Hình 12: Qui trình điều chế theo phương pháp 1 Calci acetat Calci acetat bão hoà Rượu Cồn khô Luận văn tốt nghiệp 22 Giải thích qui trình (1): Tạo dung dịch bão hoà Calci acetat bằng cách cho Calci acetat vào nước, lắc khoảng 10 giây, để yên khoảng 1 phút rồi sau đó lắc hơn 10 giây để chắc chắn rằng Calci acetat không thể tan được nữa. (2): Cho một lượng nhỏ NaCl vào dung dịch Calci acetat bão hòa, khuấy đều và cho hỗn hợp này vào khuôn chứa. (3): Đổ rượu từ từ vào khuôn có chứa dung dịch trên. Hình 13: Thao tác điều chế cồn khô (phương pháp 1) 3.1.1.2. Dụng cụ, hoá chất làm thí nghiệm a. Dụng cụ - Cân điện tử - Cốc thuỷ tinh: 3 cái 100ml, 1 cái 200ml - Đũa thuỷ tinh: 1 cái - Mặt kính đồng hồ - Ống đong 100ml: 1 cái b. Hoá chất - Calci acetat (Ca(CH3COO)2) - Etanol 96 (C2H5OH 96) - Nước cất (H2O) - Natri clorur (NaCl) Luận văn tốt nghiệp 23 3.1.1.3. Bố trí thí nghiệm a. Khảo sát ảnh hưởng của các tỷ lệ khác nhau giữa cồn và Calci acetat bão hoà lên khối lượng và đặc điểm sản phẩm - Tạo dung dịch Calci acetat bão hoà từ 30g Calci acetat và 100 ml nước, dung dịch này được dùng cho các thí nghiệm sau. - Thực hiện các thí nghiệm với tỷ lệ giữa cồn và dung dịch Calci acetat bão hoà tăng dần từ 1:1 đến 8:1 và một thí nghiệm với tỷ lệ 7,5:1. - Mỗi thí nghiệm dưới đây được lập lại 3 lần trong cùng điều kiện. Thí nghiệm Hóa chất 1 (1:1) 2 (2:1) 3 (3:1) 4 (4:1) 5 (5:1) Cồn (ml) 25 33,32 37,5 40 41,66 Calci acetat bão hòa (ml) 25 16,66 12,5 10 8,33 Không khuấy trộn hỗn hợp Thí nghiệm Hóa chất 6 (6:1) 7 (7:1) 8 (7.5:1) 9 (8:1) Cồn (ml) 42,85 43,75 44,11 44,44 Calci acetat bão hòa (ml) 7,14 6,25 5,88 5,55 Không khuấy trộn hỗn hợp Bảng 1: Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ khác nhau giữa cồn và Calci acetat bão hòa lên khối lượng và đặc điểm sản phẩm (từ thí nghiệm 1 đến 9) Luận văn tốt nghiệp 24 b. Khảo sát ảnh hưởng của một số loại rượu đến khối lượng và đặc điểm sản phẩm Từ kết quả thu được ở các thí nghiệm trên, chọn tỷ lệ thích hợp nhất giữa cồn và Calci acetat bão hoà, tiến hành 2 thí nghiệm bằng cách thay cồn lần lượt bằng Metanol và Isopropanol với tỷ lệ đó. 3.1.2. PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ CỒN KHÔ CÓ SỬ DỤNG ACID BÉO VÀ KIỀM ( Phương Pháp 2) 3.1.2.1 Qui trình điều chế (1) (2) (3) (4) Hình 14: Qui trình điều chế cồn khô theo phương pháp 2 Giải thích qui trình (1): Pha dung dịch 10% NaOH/MeOH và làm ấm đến 38C (100F). (2): Acid Stearic được thêm vào hỗn hợp của Isopropanol và lượng Metanol còn lại, và đun nóng đến tối thiểu là 60C (140F), khi đó acid Stearic được hòa tan hoàn toàn. Hỗn hợp rượuNaOH 10% NaOH/MeOH Hỗn hợp10%NaOH/MeOH Acid/hổn hợp rượu Cồn khô Luận văn tốt nghiệp 25 (3): Dung dịch NaOH/MeOH còn ấm được thêm vào hỗn hợp acid béo/hỗn hợp rượu ở 60C (140F). (4): Sau khi khuấy nhẹ dung dịch, chúng được đổ vào vật chứa. Tại đó sự hoá rắn xảy ra ngay lập tức. Những điều cần lưu ý khi thực hiện điều chế cồn khô với phương pháp này: + Mang bao tay và kính bảo hộ khi làm việc với NaOH. + Sử dụng một chậu nước nóng để đun cách thủy mà không đun trực tiếp NaOH/MeOH. + Đề phòng trước những rủi ro do NaOH gây ra. 3.1.2.2. Dụng cụ, hoá chất làm thí nghiệm a. Dụng cụ - Bếp điện - Cân điện tử - Chậu thuỷ tinh - Cốc thuỷ tinh: 5 cái 100ml, - Đũa thuỷ tinh: 2 cái - Nhiệt kế - Mặt kính đồng hồ b. Hoá chất - Acid Stearic - Etanol 96 - Isopropanol - Metanol - NaOH - Nước cất - Phenolptalein 3.1.2.3. Bố trí thí nghiệm a. Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của lượng nước đến đặc điểm của sản phẩm Luận văn tốt nghiệp 26 Các thí nghiệm này khảo sát ảnh hưởng của lượng nước được thêm vào khi pha chế dung dịch NaOH/Rượu.  Thí nghiệm 1 Pha dung dịch 10%NaOH/MeOH bằng cách dùng 1g NaOH hoà tan trong 4,5g nước rồi sau đó cho vào 4,5g MeOH (hay tỷ lệ phối hợp giữa nước và rượu là 1:1). Thí nghiệm này có thành phần như sau: MeOH : 67,7% IPA : 26% Acid Stearic : 5,5% NaOH : 0,8%  Thí nghiệm 2 Pha dung dịch 10% NaOH/Rượu với tỷ lệ phối hợp giữa nước và rượu là 1:2 theo thứ tự. Thành phần của thí nghiệm tương tự như thí nghiệm trên.  Thí nghiệm 3 Tương tự như thí nghiệm trên nhưng thay tỷ lệ phối hợp giữa nước và rượu trong việc pha chế dung dịch 10%NaOH/Rượu là 1:3 theo thứ tự.  Thí nghiệm 4 Có thành phần tương tự như các thí nghiệm trên nhưng không sử dụng nước trong pha chế dung dịch %NaOH /Rượu. Sử dụng kết quả thu được từ 4 thí nghiệm này để tiến hành các thí nghiệm tiếp theo. b. Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của các tỷ lệ khác nhau giứa Metanol và Isopropanol đến đặc điểm sản phẩm. Thực hiện một dãy thí nghiệm với tất cả các thành phần đều ở dạng khan và được tính bằng % khối lượng. Luận văn tốt nghiệp 27 Thí nghiệm Thành phần 5 ( %) 6 ( %) 7 ( %) 8 ( %) 9 ( %) MeOH 86,5 81,5 76,5 71,5 66,5 Acid Stearic 5,5 5,5 5,5 5,5 5,5 10%NaOH/MeOH 8,0 8,0 8,0 8,0 8,0 PHTH (giọt) 0 2 2 2 2 IPA 0 5 10 15 20 Bảng 2: Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của các tỷ lệ khác nhau giữa Metanol và Isopropanol đến đặc điểm sản phẩm. Với MeOH : Metanol IPA : Isopropanol PHTH : Phenolptalein, một chỉ thị acid – baz , có màu hồng trong môi trường kiềm. Do đó, nó được thêm vào hỗn hợp để xem chất kiềm được thêm vào có đủ để trung hoà acid Stearic hay không (Phenolptalein được sử dụng như một dấu hiệu của tính thiết thực để chỉ xem khi nào đủ chất kiềm được cho vào. Khi một lượng thích hợp được thiết lập thì nó trở nên không cần thiết). Ghi nhận đặc điểm của sản phẩm. Cân khối lượng sản phẩm thu được. Dùng 5 sản phẩm thu được từ mối thí nghiệm trên để đo thời gian cháy, đồng thời lưu ý tốc độ chảy của sản phẩm. c. Thí nghiệm khảo sát hưởng của NaOH đến sự hình thành sản phẩm Các thành phần trên điều ở dạng khan và được tính bằng % khối lượng Thí nghiệm Thành phần 10 ( %) 11 ( %) 12 ( %) MeOH 65 65 65 IPA 26 26 26 Acid Stearic 5,5 5,5 5,5 25%NaOH/MeOH 2,0 2,5 3,26 PHTH (giọt) 2 2 2 Bảng 3: Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của NaOH đến sự hình thành sản phẩm Luận văn tốt nghiệp 28 Ghi nhận đặc điểm của sản phẩm. Cân khối lượng sản phẩm thu được. Dùng 30 sản phẩm thu được từ mối thí nghiệm trên để đo thời gian cháy, đồng thời lưu ý tốc độ chảy của sản phẩm. d. Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của rượu đến đặc điểm của sản phẩm.  Thí nghiệm 13 Thực hiện thí nghiệm với tỷ lệ tối ưu như sau: MeOH : 67,7% IPA : 26% Acid Stearic : 5,5% NaOH : 0,8%  Thí nghiệm 14 Thực hiện thí nghiệm như trên nhưng thay hỗn hợp rượu Metanol và Isopropanol bằng rượu Etylic 96. Thành phần gồm: Rượu Etylic 96 : 93,7% Acid Stearic : 5,5% NaOH : 0,8% So sánh khối lượng, đặc điểm, thời gian cháy của các sản phẩm thu được từ các thí nghiệm trên 3.1.3. PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ CỒN KHÔ CÓ SỬ DỤNG DẪN XUẤT CELLULOSE VỚI MỘT LỚP NGĂN CHẶN SỰ HYDRAT HOÁ (Phương Pháp 3) Luận văn tốt nghiệp 29 3.1.3.1. Qui trình điều chế (1) (2) (3) Hình 15: Qui trình điều chế cồn khô theo phương pháp 3 Giải thích qui trình: (1): Trước tiên trộn 200 ml cồn với 50 ml nước. (2): Sau đó 10g Methocel J75 MS được thêm vào, thu được dung dịch sệt có chứa nước. (3): Đỗ dung dịch sệt này vào vật chứa có chứa sẵn một lượng chất kiềm đủ để tăng pH đến 8 hoặc trên 8 (lượng Natri hydroxid sử dụng là từ 2 đến 4 gram). Sự tạo gel sẽ lập tức xảy ra. 3.1.3. 2. Dụng cụ, hoá chất làm thí nghiệm a. Dụng cụ - Cân điện tử Rượu Hỗn hợp rượu và nước Dung dịch sệt Sản phẩm Luận văn tốt nghiệp 30 - Cốc thuỷ tinh: 3 cái 100ml, - Đũa thuỷ tinh: 2 cái - Mặt kính đồng hồ: 1 cái b. Hoá chất - Methocel J75 MS - Rượu Etylic 96 - Isopropanol - Metanol - NaOH - Nước cất 3.1.3.3. Bố trí thí nghiệm a. Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của lượng NaOH đến sự hình thành sản phẩm  Thí nghiệm 1: Thành phần gồm: + 170g Etanol + 50g nước + 10g Methocel J75 MS + 1g NaOH  Thí nghiệm 2: Thành phần gồm: + 170g Etanol + 50g nước + 10g Methocel J75 MS + 2g NaOH  Thí nghiệm 3: Thành phần gồm: + 170g Etanol + 50g nước + 10g Methocel J75 MS + 3g NaOH Luận văn tốt nghiệp 31  Thí nghiệm 4: Thành phần gồm: + 170g Etanol + 50g nước + 10g Methocel J75 MS + 4g NaOH  Thí nghiệm 5: Thành phần gồm: + 170g Etanol + 50g nước + 10g Methocel J75 MS + 5g NaOH b. Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của loại rượu đến sự hình thành sản phẩm Từ lượng NaOH thích hợp nhất trong kết quả của các thí nghiệm ở trên, tiến hành thay rượu Etylic bằng Metanol và Isopropanol  Thí nghiệm 6: Thành phần gồm: + 170g MeOH + 50g nước + 10g Methocel J75 MS + 2g NaOH  Thí nghiệm 7: Thành phần gồm: + 170g MeOH + 50g nước + 10g Methocel J75 MS + 4g NaOH  Thí nghiệm 8: Thành phần gồm: + 170g Isopropanol + 50g nước + 10g Methocel J75 MS + 2g NaOH  Thí nghiệm 9: Thành phần gồm: Luận văn tốt nghiệp 32 + 170g Isopropanol + 50g nước + 10g Methocel J75 MS + 4g NaOH c. Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của Alumina Trihydrat đến đặc điểm của sản phẩm Thực hiện các thí nghiệm từ 10-13 bằng cách lập lại các thí nghiệm 3, 7,8,9 (theo thứ tự) nhưng ngoại trừ việc thêm vào một lượng Alumina Trihydrat giao động từ 0.1%-1%. 3.2. KHẢO SÁT MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA CỒN KHÔ VỪA ĐIỀU CHẾ ĐƯỢC 3.2.1. Tỷ khối - Cân bình đã được rửa sạch và làm khô. - Điều chế cồn khô trong bình trên và sau đó đem cân bình khi có cồn khô. - Đánh dấu mức của cồn khô trong bình. - Lấy cồn khô ra ngoài, làm sạch và sấy khô bình. Cân khối lượng bình khi có nước. Chú ý rằng thể tích đựng cồn khô và nước phải cùng ở nhiệt độ đo bằng nhiệt kế và điều chỉnh nhiệt độ bằng cách ngâm vào nước lạnh hoặc dùng tay xoa ấm nếu cần. Tỷ khối tương đối: d = bn bc mm mm   Trong đó: mc: khối lượng của bình và cồn khô. mn: khối lượng của bình và nước. mb: khối lượng của bình rỗng. 3.2.2. Ngọn lửa Luận văn tốt nghiệp 33 Đốt cháy khoảng 10g cồn khô. Sau đó quan sát màu ngọn lửa và mức độ ổn định của ngọn lửa. 3.2.3.Nhiệt độ nóng chảy Lấy khoảng 5g sản phẩm nghiền nhỏ, lọc dưới áp suất kém, sấy thật khô rồi nghiền cho thật mịn. Bột này được cho vào ống mao quản để đo nhiệt độ nóng chảy. Mỗi mẫu được đo lập lại 3 lần và lấy kết quả trung bình. 3.2.4.Tốc độ chảy và thời gian cháy Đốt 30g sản phẩm (ở nơi không có gió mạnh), ghi nhận thời gian từ lúc sản phẩm bắt đầu cháy cho đến khi ngọn lửa tắt hoàn toàn. Đồng thời có quan sát tốc độ chảy của sản phẩm. 3.2.5. Sản phẩm sau khi cháy Dùng một miếng giấy lọc hơ trên đầu ngọn lửa (do cồn khô tạo ra) khoảng vài phút. Quan sát ở mặt giấy nơi tiếp xúc với ngọn lửa xem có sinh ra muội than hay không. Đồng thời ghi nhận mùi của sản phẩm sau khi cháy. Luận văn tốt nghiệp 34 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 4.1. KẾT QUẢ 4.1.1 PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ CỒN KHÔ CÓ SỬ DỤNG CAlCI ACETAT BÃO HOÀ 4.1.1.1. Kết quả các thí nghiệm khảo sát a. Kết quả khảo sát các tỷ lệ khác nhau giữa cồn và calci acetat bão hoà - Dưới đây là kết quả trung bình của 3 lần lập lại. Thí nghiệm Sản phẩm 1 (1:1) 2 (2:1) 3 (3:1) Đặc điểm Tạo thành một màng mỏng trên bề mặt dung dịch (dư nhiều rượu ) Tạo thành một lớp cứng phía trên, ở dưới là lớp rượu dư Tạo thành một khối gel kém bền và có mặt dưới sần sùi, dư rượu Khối lượng (gam) 24,73 32,18 35,65 Thí nghiệm Sản phẩm 4 (4:1) 5 (5:1) 6 (6:1) Đặc điểm Tạo thành một khối gel có hai hơi mặt sần sùi, cầm được, dư một ít rượu Khối gel có hai mặt hơi sần sùi, cầm được, dư một ít rượu Hai mặt hơi sần sùi, hơi khó cầm vì dễ vỡ, dư một ít rượu Khối lượng (gam) 39,22 39,26 39,28 Luận văn tốt nghiệp 35 Thí nghiệm Sản phẩm 7 (7:1) 8 (7.5:1) 9 (8:1) Đặc điểm Hai mặt hơi sần sùi, hơi khó cầm, dư một ít rượu Khối gel có hai mặt láng cầm được, dư rất ít rượu Hai mặt sần sùi, mền,dễ vỡ, khó cầm, dư rượu Khối lượng (g) 39,32 41,14 38,82 Bảng 4: Kết quả khảo sát các tỷ lệ khác nhau giữa cồn và Calci acetat bão hoà Sau đây là một số kết quả thu được bằng hình ảnh: a b c Hình 16: Sản phẩm của thí nghiệm với các tỉ lệ khác nhau giữa Cồn và Calci acetat a. Thí nghiệm 2 và 3 với tỷ lệ 2:1 và 3:1 ( theo thứ tự) b. Thí nghiệm 4 với tỷ lệ 4:1 c. Thí nghiệm 8 với tỷ lệ 7.5:1 Nhận xét: Sau khi thực hiện các thí nghiệm với các tỷ lệ giữa rượu và dung dịch Calci acetat tăng dần từ 1:1 đến 8:1 và một thí nghiệm với tỷ lệ 7.5:1. Kết quả cho thấy: + Khối lượng sản phẩm tăng dần tương ứng với các tỷ lệ từ 1:1 đến 7.5:1 và giảm từ tỷ lệ 7.5:1 đến 8:1, đạt cực đại tương ứng với tỷ lệ 7.5:1. + Mặt khác cũng ở tỷ lệ 7.5:1 sản phẩm có chất lượng cao nhất Luận văn tốt nghiệp 36 Do vậy có thể kết luận rằng nhiên liệu cồn khô được điều chế theo phương pháp này có tỷ lệ thích hợp nhất giữa rượu và Calci acetat là 7.5:1 theo thứ tự. b. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của một số loại rượu đến khối lượng và đặc điểm sản phẩm Từ kết quả thu được ở các thí nghiệm trên, chọn tỷ lệ thích hợp nhất giữa cồn và Calci acetat bão hoà là 7.5:1. Sau khi tiến hành 2 thí nghiệm bằng cách thay cồn lần lượt bằng Metanol và Isopropanol với tỷ lệ đó thì thu được kết quả như sau:  Thí nghiệm 10: Khi thay Etanol bằng Metanol thì thu được sản phẩm mềm, kém bền Hình 17: Sản phẩm thu được khi thay Etanol bằng Metanol  Thí nghiệm 11: Khi thay Etanol bằng Isopropanol kết quả là trong vật chứa tách thành hai lớp, lớp trên là dung dịch trong suốt , lớp dưới cứng nhưng sần sùi. Hình 18: Sản phẩm thu được khi thay Etanol bằng Isopropanol Nhận xét: Luận văn tốt nghiệp 37 Từ những kết quả của hai thí nghiệm trên cho thấy rằng: để điều chế cồn khô theo phương pháp này thì Etanol là loại rượu được sử dụng thích hợp nhất. Bởi vì sản phẩm tạo thành vừa rẻ vừa an toàn mà lại có chất lượng cao. 4.1.1.2. Một số tính chất của cồn khô Cồn khô thu được theo phương pháp này có một số tính chất cơ bản sau: - Trạng thái sản phẩm + Sản phẩm đồng nhất, láng, đẹp. + Có thể cầm được. + Dễ cháy. Hình 19: Cồn khô được làm từ phương pháp 1 - Tỷ khối: 0,86 - Ngọn lửa: Có thể nhìn thấy được và rất ổn định. - Nhiệt độ nóng chảy: 160C - Tốc độ chảy: Không chảy trong suốt quá trình cháy. - Thời gian cháy: 30gam sản phẩm cháy trong khoảng 19’ 05’’. - Sản phẩm sau khi cháy: Cháy không có khói, không mùi và không sinh ra muội than. 4.1.1.3. Hiệu suất và giá sản phẩm Tiến hành điều chế cồn khô từ 75ml cồn và 10ml Calci acetat bão hoà (được tạo thành từ 3g Calci acetat và 10ml nước) thu được sản phẩm có khối lượng là 68,42g. Luận văn tốt nghiệp 38  Hiệu suất Hiệu suất của cồn khô được điều chế theo phương pháp này là: %86,94%100 125,72 42,68   Giá thành sản phẩm Calci acetat: 1 000 g  220 000đ 3 g  660đ Cồn (96o): 1 000 ml  12 000đ 75ml  900đ H2O: 1 000 ml  1 500đ 10 ml  15đ  Sản phẩm thu được là 68,42g có giá 1 575đ Do đó, 1000g sản phẩm có giá 23 020đ 4.1.2. PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ CỒN KHÔ CÓ SỬ DỤNG ACID BÉO VÀ KIỀM 4.1.2.1. Kết quả các thí nghiệm khảo sát a. Kết quả thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của lượng nước đến đặc điểm của sản phẩm  Thí nghiệm 1: (có tỷ lệ kết hợp giữa rượu và nước khi pha chế dung dịch %NaOH/Rượu là 1:1) Sản phẩm tạo thành là một khối gel cứng, láng đẹp, đồng nhất. Thời gian cháy của 5g mẫu là 4 phút 43 giây.  Thí nghiệm 2: (có tỷ lệ kết hợp giữa rượu và nước khi pha chế dung dịch %NaOH/Rượu là 1:1 theo thứ tự) Sản phẩm cứng, có màu trắng hơi đục, sần sùi. Thời gian cháy của 5g mẫu là 4 phút 21 giây. Luận văn tốt nghiệp 39  Thí nghiệm 3: (có tỷ lệ kết hợp giữa rượu và nước khi pha chế dung dịch %NaOH/Rượu là 3:1 theo thứ tự) Sản phẩm cứng, trắng đục, mặt trên hơi sần sùi. Thời gian cháy của 5g mẫu là 4 phút 07 giây.  Thí nghiệm 4: (không sử dụng nước khi pha chế dung dịch %NaOH/Rượu) Sản phẩm mềm, trắng đục. Thời gian cháy của 5g mẫu là 3 phút 54 giây. Dưới đây là kết quả thu được bằng hình ảnh: Hình 20: Sản phẩm của các thí nghiệm 4, 3, 2, 1 (theo chiều từ trái sang phải) Nhận xét: + Kết quả của các thí nghiệm trên cho thấy rằng khi tăng lượng rượu đồng thời giảm lượng nước trong pha chế dung dịch %NaOH/Rượu thì sản phẩm đục và mềm dần, thời gian cháy của sản phẩm cũng giảm dần. Điều đó đồng nghĩa với việc để có được cấu trúc gel mong muốn thì phải phụ thuộc vào sự hiện diện của một lượng lượng nước vừa đủ. Bên cạnh đó, sự hiện diện của nước thường ảnh hưởng đến tốc độ cháy của cồn khô và vì vậy nó phải được hợp nhất với tỷ lệ của cồn. Tỷ lệ kết hợp tối ưu giữa rượu và nước để thu được sản phẩm tốt nhất là 1:1. Luận văn tốt nghiệp 40 + Nước được cho vào để hoà tan chất kiềm , từ đó chất kiềm này được hòa tan nhanh chóng trong Metanol để hình thành dung dịch 10% NaOH/MeOH (điều trên đồng nghĩa với việc trong phương pháp này chỉ sử dụng NaOH mà không sử dụng dung dịch NaOH). + Điểm đặc biệt của phát minh này là trong khi đòi hỏi những loại rượu sử dụng điều phải khan nhưng trong công thức điều chế lại có sử dụng nước. b. Kết quả các thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của các tỷ lệ khác nhau giữa Metanol và Isopropanol đến đặc điểm của sản phẩm Thí nghiệm Sản phẩm 5 6 7 8 9 Đặc điểm Trắng đục, mềm và không bền Trắng đục, hơi mềm, không bền Trắng đục, hơi cứng, không bền Hơi đục, cứng, không bền Rất đục, rất mềm Bảng 5: Kết quả các thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của các tỷ lệ khác nhau giữa Metanol và Isopropanol đến đặc điểm của sản phẩm từ 5 đến 9 Dưới đây là một số kết quả thu được bằng hình ảnh: Hình 21: Sản phẩm của các thí nghiệm từ 5 đến 9 (theo chiều từ trái sang phải và từ dưới lên trên) Luận văn tốt nghiệp 41 Lấy 5g sản phẩm thu được từ mỗi thí nghiệm trên đem đốt và thu được kết quả như sau: Thí nghiệm Tốc độ chảy Thời gian cháy 5 Nhanh 2’40’’ 6 Nhanh 2’40’’ 7 Nhanh 2’43’’ 8 Trung bình 2’51’’ 9 chậm 3’35’’ Bảng 6: Biểu diển tốc độ cháy và thời gian cháy của các thí nghiệm từ 5 đến 9 Nhận xét: Kết quả trên cho thấy rằng việc sử dụng hỗn hợp MeOH và IPA với tỷ lệ 3:1 theo thứ tự, và lượng IPA tối thiểu là 20% trong lượng của toàn bộ thành phần sẽ thu được một loại cồn khô mà nó không bị chảy suốt quá trình cháy. Ngược lại lượng MeOH tự do và MeOH kết hợp với IPA khi IPA ít hơn 20% khối lượng của toàn bộ thành phần thì cồn khô được tạo thành sẽ bị chảy trong suốt quá trình cháy. c. Kết quả thí nghiệm khảo sát hưởng của lượng NaOH đến sự hình thành sản phẩm Thí nghiệm Sản phẩm 10 11 12 Đặc điểm Trắng đục, rất mềm, khó tách ra khỏi khuôn Trắng đục, mềm, khó tách ra khỏi khuôn Sản phẩm trong hơn, dẻo, dễ tách ra khỏi khuôn và có độ bền cao Bảng 7: Kết quả các thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của các tỷ lệ khác nhau giữa Metanol và Isopropanol đến đặc điểm của sản phẩm từ 10 đến 12 Dưới đây là một số kết quả thu được bằng hình ảnh: Luận văn tốt nghiệp 42 Hình 22: Sản phẩm của các thí nghiệm 10, 11, 12 (theo chiều từ trái sang phải) Dùng 30gam sản phẩm thu được từ mỗi thí nghiệm trên đem đốt thì thu được kết quả được chỉ trong bảng dưới đây: Thí nghiệm Tốc độ chảy Thời gian cháy 10 Nhanh 10’15’’ 11 Nhanh 10’23’’ 12 Chậm 11’50’’ Bảng 8: Biểu diển tốc độ cháy và thời gian cháy của các thí nghiệm từ 10 đến 12 Nhận xét: + Từ những kết quả thu được ở hai bản trên cho thất rằng: Khi lượng kiềm cho vào không đủ để trung hoà acid béo thì sẽ dẫn đến hiện tượng kết tinh phía trong gel, do đó gel sẽ mềm và đục. Nó không thể chuyển sang màu hồng khi cho Phenolptalein vào. Bên cạnh đó gel này còn chảy rất nhanh khi đốt (tính chảy nhanh của những gel thu được ở có thể được giải thích là do điểm nóng chảy thấp của acid Stearic: 69,4C). + Tỷ lệ giữa acid Stearic và NaOH thích hợp nhất là 5,5 : 0,8 theo thứ tự. d. Kết quả thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của loại rượu đến đặc điểm của sản phẩm Luận văn tốt nghiệp 43  Thí nghiêm 13:( kết hợp MeOH và IPA với tỷ lệ khoảng 3:1). + Sản phẩm cứng, láng đẹp, bền, đồng nhất. + 30gam sản phẩm cháy khoảng 11 phút 52 giây. + Không chảy trong suốt quá trình cháy. Hình 23: Sản phẩm của thí nghiệm 13  Thí nghiệm 14: (Chỉ sử dụng rượu Etylic) + Sản phẩm cứng, láng đẹp, bền, đồng nhất. + 30g sản phẩm cháy khoảng 7 phút 52 giây. + Chảy nhanh khi cháy. Hình 24: Sản phẩm của thí nghiệm 14 Nhận xét: Trong phương pháp này nếu sử dụng hỗn hợp MeOH và IPA với tỷ lệ khoảng 3:1 thì sản phẩm thu được sẽ có thời gian cháy dài hơn trong trường hợp chỉ sử dụng rượu Etylic (tuy nhiên giá sản phẩm sẽ cao hơn rất nhiều). Luận văn tốt nghiệp 44 4.1.2.2. Một số tính chất của cồn khô Cồn khô thu được theo phương pháp này có một số tính chất cơ bản sau: - Trạng thái sản phẩm + Sản phẩm đồng nhất, láng, đẹp, bền,dẻo. + Có thể cầm được. + Dễ cháy. + Dễ lấy ra khỏi khuôn. Hình 25: Cồn khô được làm từ phương pháp 2 - Tỷ khối: 0,76 - Ngọn lửa: cháy mạnh, có màu vàng. - Nhiệt độ nóng chảy: 254,9C - Tốc độ chảy: Chảy chậm trong suốt quá trình cháy. - Thời gian cháy: 30gam sản phẩm cháy trong khoảng 11’ 52’’. - Sản phẩm sau khi cháy: Cháy có khói, có mùi và sinh ra muội than. 4.1.2.3. Hiệu suất và giá thành sản phẩm Tiến hành điều chế cồn khô từ: MeOH : 67,7g IPA : 26g Acid Stearic : 5,5g NaOH : 0,8g Luận văn tốt nghiệp 45 Thu được 98,15g sản phẩm  Hiệu suất Hiệu suất của cồn khô được điều chế theo phương pháp này là: %15,98%100 100 15,98   Giá thành sản phẩm  Acid stearic: 1 000 g  25 000đ 5,5 g  137,5đ  Metanol: 1 000 ml  50 000đ 85,372ml  4 268,6đ (Do khối lượng riêng của MeOH là 0,793g/ml nên 67,7g MeOH ứng với 85,372ml MeOH)  Isopropanol: 1000 ml  70000đ 32,953 ml  2306,717đ (Do khối lượng riêng của IPA là 0,789g/ml nên 26g IPA ứng với 32,953ml IPA)  NaOH 1000g  40 000đ 0,8 g  32đ Sản phẩm thu được là 98,15g có giá 6 745đ Do đó, 1 000 g sản phẩm có giá 6 8 721đ Luận văn tốt nghiệp 46 4.1.3. PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ CỒN KHÔ CÓ SỬ DẪN XUẤT CELLULOSE VỚI MỘT LỚP NGĂN CHẶN SỰ HYDRAT HOÁ 4.1.3.1. Kết quả của các thí nghiệm khảo sát a. Kết quả thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của lượng NaOH đến sự hình thành sản phẩm Dưới đây là kết quả của 5 thí nghiệm với sự tăng dần của lượng NaOH từ 1 đến 5g. Thí nghiệm Sản phẩm 1 2 3 4 5 Đặc điểm Chỉ thu được dung dịch sệt dẻo, dễ cháy dẻo, dễ cháy dẻo, dễ cháy dẻo, khó cháy Bảng 9: Kết quả thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của lượng NaOH đến sự hình thành sản phẩm Nhận xét: Trong phương pháp đều chế này thì lượng NaOH thích hợp nhất là từ 2 đến 4g. Điều này phù hợp với lý thyết đã ghi nhận được. b. Kết quả thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của loại rượu đến sự hình thành sản phẩm Các thí nghiệm 6, 7, 8 và 9 đều cho kết quả như nhau là: gel được tạo thành dẻo, bền và dễ cháy, có sinh ra khói khi cháy. Hình 26: Sản phẩm của thí nghiệm 6 Luận văn tốt nghiệp 47 Nhận xét: Có thể sử dụng cả ba loại rượu Etanol, Metanol và Isopropanol để điều chế cồn khô theo phương pháp này. c. Kết quả thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của Alumina Trihydrat đến đặc điểm của sản phẩm Sau khi thực hiện các thí nghiệm từ 10-13 bằng cách lập lại các thí nghiệm 3, 7, 8, 9 (theo thứ tự) nhưng ngoại trừ việc thêm vào một lượng Alumina Trihydrat dao động từ 0,1%-1%, thu được sản phẩm có đặc điểm tương tự như các thí nghiệm 3, 7, 8 và 9 nhưng có một điểm khác biệt là các sản phẩm này không sinh ra khói khi cháy. 4.1.3.2. Một số tính chất của cồn khô Cồn khô thu được theo phương pháp này có một số tính chất cơ bản sau: - Trạng thái sản phẩm + Sản phẩm đồng nhất, bền, dẻo. + Dễ cháy. Hình 27: Cồn dẻo được tạo thành theo phương pháp 3 - Tỷ khối: 0,87 - Ngọn lửa: Có màu vàng, cháy rất êm dịu. - Tốc độ chảy: Không chảy trong suốt quá trình cháy. - Thời gian cháy: 30gam sản phẩm cháy trong khoảng 23’ 17’’. - Sản phẩm sau khi cháy: Cháy không có khói, không mùi và không sinh ra muội than. Luận văn tốt nghiệp 48 4.1.3.3. Hiệu suất và giá của sản phẩm Tiến hành điều chế cồn khô từ: + 170g Etanol + 50g nước + 10g Methocel J75 MS + 2g NaOH Thu được 223,3g sản phẩm  Hiệu suất Hiệu suất của sản phẩm được điều chế theo phương pháp này là: %25,96%100 232 3,223   Giá thành sản phẩm  Methocel J75 MS: 1 000 g  650 000đ 10 g  6 500đ  Etanol: 1 000 ml  12 000đ 134,13ml  1 609,56đ (Do khối lượng riêng của rượu Etylic là 0,789g/ml nên 170g = 134,13ml )  Nước: 1 000 ml  1 500đ 50 ml  750đ  NaOH: 1 000g  40 000đ 2 g  80đ Sản phẩm thu được là 223,3g có giá 8 939,56đ Vậy 1 000g sản phẩm có giá là 40 034đ Luận văn tốt nghiệp 49 4.2. THẢO LUẬN 4.2.1. Phương pháp 1 Qua thực nghiệm nhận thấy rằng: trong phương pháp điều chế cồn khô này tỷ lệ thích hợp nhất giữa rượu và Calci acetat là 7,5:1 (theo thứ tự) và loại rượu thích hợp nhất là Etanol. Kết quả thực nghiệm này phù hợp với tài liệu đã ghi nhận được. 4.2.2. phương pháp 2 Kết quả thực nghiệm cho thấy: Trong phương pháp điều chế này thì tỷ lệ tối ưu nhất giữa các thành phần là: MeOH : 67,7% IPA : 26% Acid Stearic : 5,5% NaOH : 0,8% Điều này thì phù hợp với lý thuyết, nhưng trong phương pháp này thì vẫn còn một điểm khác biệt cơ bản giữa lý thuyết và kết quả thực nghiệm là: sản phẩm tạo ra chảy chậm, có sinh ra khói, mùi và muội than khi cháy (còn trong tài liệu tham khảo được là: không chảy, không khói, không mùi và không sinh ra muội than khi cháy). 4.2.3. Phương pháp 3 Theo kết quả thực nghiệm thì khối lượng thích hợp nhất để điều chế cồn khô theo phương pháp này là: + 170 g rượu + 50g nước + 10g Methocel J75 MS + 0,2-0,4g NaOH Kết quả này phù hợp với lý thuyết đã ghi nhận được. Luận văn tốt nghiệp 50 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 5.1. KẾT LUẬN Sau quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp với đề tài này, tôi nhận thấy rằng cồn khô là một nhiên liệu đơn giản, an toàn, rất thuận tiện trong bảo quản cũng như vận chuyển và sử dụng. Do đó chúng có nhiều ứng dụng trong thực tiễn. Các sản phẩm điều chế được theo một số phương pháp trên nhìn chung có chất lượng tương đối, đáp ứng được một số tiêu chuẩn qui định. Tuy nhiên, trong phương pháp 1 sản phẩm được tạo ra với hiệu suất chỉ tương đối (94,86%). Trong phương pháp 2 thì hiệu suất có phần cao hơn (98,15%) nhưng sản phẩm có sinh ra khói, mùi và muội than khi cháy. Bên cạnh đó trong phương pháp này (phương pháp 2) có sử dụng hoá chất Metanol (độc) và sản phẩm được tạo ra có giá hơi cao. Trong phương pháp 3, bên cạnh một số ưu điểm như bền, cháy lâu, không sinh ra mùi và muội than khi cháy thì sản phẩm này có khuyết điểm là lửa cháy không lớn. 5.2. ĐỀ XUẤT Sau khi thực hiện đề tài này, tôi nhận thấy rằng cần tìm ra những giải pháp để tiếp tục phát huy ưu điểm và hạn chế đến mức tối đa những khuyết điểm của loại nhiên liệu này như: Trong phương pháp 1 Thử pha chế dung dịch Calci acetat bão hòa bằng phấn viết (Calci carbonat) và giấm ăn (acid Acetic). Trong phương pháp 2 Thay thế Isopropanol và Metanol bằng Etanol để giảm giá thành sản phẩm. Kính mong ý kiến đóng góp của quí Thầy Cô để giúp đề tài này được hoàn thiện hơn. TÀI LIỆU THAM KHẢO (1) PGs.Ts. Đ.X.Hiệp, Gs.Ts. T.V.Địch, Ts. T.H.Hoàng. Cẩm Nang Kỹ Thuật Đa Ngành; Nhà xuất bản Lao Động Hà Nội - 2004. (2) Dương Văn Đảm. Hoá Học Dành Cho Người Yêu Thích. Nhà xuất bản Giáo Dục. (3) Mai Hữu Khiêm. Giáo Trình Hoá Keo. Trường Đại Học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh. (4) Nguyễn Đức Cường, Nguyễn Văn Tình, Lê Văn Ngọc. Hoá Học Thế Kỷ XX. Nhà xuất bản Khoa Học và Kỹ Thuật - Hà Nội - 1973. (5) Nguyễn Ngọc Sương. Cơ Sở Lý Thuyết Hóa Hữu Cơ Tập 2. Nhà xuất bản Đại Học Quốc Gia thành phố Hồ Chí Minh - 2000 (6) Trần Văn Nhân. Hoá Keo. NXB-ĐH Quốc Gia Hà Nội. (7) (8) (9) đehye (10) (11) (12) (13) (14) (15) (16) (17) (18) (19) (20)