Nghiên cứu chế tạo dầu bảo quản thân thiện môi trường từ mỡ cá da trơn

Nghiên cứu khoa học công nghệ

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO DẦU BẢO QUẢN

THÂN THIỆN MÔI TRƯỜNG TỪ MỠ CÁ DA TRƠN

NGUYỄN TRỌNG DÂN, VÕ THỊ HOÀI THU,

ĐỖ THỊ THÚY, ĐINH THỊ THU TRANG

1. MỞ ĐẦU

Việt Nam là nước có khí hậu nhiệt đới nóng ẩm, là điều kiện thuận lợi cho quá

trình ăn mòn kim loại, phá hủy vật liệu, gây tổn thất cho nền kinh tế. Hiện nay có rất

nhiều cách để hạn chế quá trình ăn mòn kim loại, một trong số đó là sử dụng dầu bảo

quản. Dầu bảo quản hiện sử dụng đã bảo vệ tốt kim loại, song có nguồn gốc từ dầu

khoáng, khó phân hủy sinh học khi phát tán vào trong môi trường. Trên thế giới có

nhiều nghiên cứu về dầu mỡ có nguồn gốc tự nhiên, có khả năng bị phân hủy sinh

học, thân thiện môi trường [3, 4, 5, 6]. Nước ta có nguồn mỡ cá da trơn (cá Basa

vùng Đồng Bằng Sông Cửu Long) phong phú, giá thành rẻ, nhiều công trình chứng

minh sản phẩm dầu tạo ra từ mỡ cá Basa phân hủy sinh học [1, 2]. Do đó việc nghiên

cứu chế tạo thành công dầu bảo quản từ nguồn nguyên liệu mỡ cá Basa sẽ giải quyết

được một phần nguồn nguyên liệu thải, sản phẩm bảo quản thân thiện môi trường.

2. THỰC NGHIỆM

2.1. Dụng cụ, hóa chất

- Máy đo phổ IR Impact 410 của Nicolet Mỹ; Tủ thử nghiệm khí hậu WK

11600 của Đức.

- Sử dụng mỡ cá Basa của công ty Agifish; CH₃OH, NaOH của Merk; etanol

96⁰, oleat cyclohexylamoni của Việt Nam; diphenyl amin, n-hexan của Trung Quốc;

sử dụng dầu súng VN.BO của Xí nghiệp Sản xuất vật liệu, Viện Độ bền nhiệt đới,

Trung tâm Nhiệt đới Việt - Nga để đối chứng.

2.2. Phương pháp nghiên cứu tính chất chống ăn mòn của dầu mỡ bảo quản

2.2.1. Phương pháp thử nghiệm gia tốc theo GOST 9054-75

- Các tấm mẫu: Thép CT3, thép CT3 được nhuộm đen có kích thước 50 x 50 mm.

- Trước khi thử nghiệm, mẫu kim loại được xử lý bề mặt theo GOST 2789-73.

- Mẫu thép được nhuộm đen bề mặt theo Patent US 3899367.

- Mẫu kim loại được nhúng vào các mẫu dầu ở nhiệt độ 20 ÷ 25^oC trong 1 phút,

sau đó treo mẫu ở ngoài khoảng 1 giờ.

- Các mẫu thử được đưa vào tủ khí hậu. Duy trì liên tục chế độ nhiệt độ

(40 ± 2)^oC và độ ẩm 95 ÷ 100%. Một chu kỳ thử nghiệm được tính là 24 giờ. Thử

nghiệm đến khi xuất hiện vết ăn mòn đầu tiên trên mẫu thử trên bề mặt mẫu ở dạng

điểm, vết, rãnh.

- Khả năng bảo vệ của dầu được đánh giá theo thời gian xuất hiện vết ăn mòn

đầu tiên.

96

Tạp chí Khoa học và Công nghệ nhiệt đới, Số 07, 10 - 2014

Nghiên cứu khoa học công nghệ

2.2.2. Phương pháp thử nghiệm tự nhiên

- Địa điểm thử nghiệm: Trạm Thử nghiệm khí hậu Hòa Lạc.

- Chuẩn bị mẫu giống như mục 2.2.1.

- Mẫu kim loại được nhúng vào các mẫu dầu ở nhiệt độ 20 ÷ 25^oC trong 1 phút,

sau đó treo các mẫu trên giá được đặt trong sân thử nghiệm có mái che.

- Định kỳ 1 tháng tiến hành tẩy dầu bằng n-hexan, sau đó quan sát tình trạng

bề mặt mẫu ghi kết quả, chụp ảnh.

3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Tinh chế mỡ cá lỏng

Mỡ cá Basa của công ty Agifish được tinh chế bằng cách rửa với dung dịch

NaOH 5%, sau đó bằng nước cất tới pH = 7, thu được mỡ nguyên liệu dùng cho

nghiên cứu có các chỉ số axit là 0,24, chỉ số xà phòng hóa là 131,89. Việc rửa bằng

NaOH 5% là để loại protein, các axit béo trong mỡ cá lỏng, tránh hiện tượng tạo nhũ

cho giai đoạn metyl hóa mỡ cá và tránh sản phẩm dầu thu được bị thối do protein.

3.2. Điều chế dầu bảo quản

Lấy 250 ml mỡ cá Ba sa nguyên liệu cho vào cốc thủy tinh 500 ml, đặt hệ phản

ứng vào bình ổn nhiệt, bật máy khuấy cơ và duy trì nhiệt độ cho hệ phản ứng ở 50^oC.

Hòa tan 1g natri hydroxyt trong 50 ml metanol, sau đó đổ nhanh vào hỗn hợp phản

ứng, khuấy và duy trì phản ứng trong thời gian 30 phút. Sau đó dừng khuấy, dừng

nhiệt và rót dung dịch phản ứng vào phễu chiết 500 ml, để yên khoảng 1 giờ tách lớp

glycerin ở phía dưới. Rửa lớp dung dịch phía trên bằng cồn 50^o, 3 lần x 200 ml, tách

bỏ dung dịch phía dưới, phần phía trên được cất cô quay cách thủy ở nhiệt độ 90^oC

trong thời gian 1 giờ, sản phẩm được lọc trên phễu để loại bỏ tạp cặn cơ học. Kết

quả thu được 220 ml sản phẩm dầu, ký hiệu là BDO. Hiệu suất tính theo thể tích mỡ

cá khoảng 88%. Phổ IR(ν, cm^-1) có các pic đặc trưng 2866-2930 (C-H bão hòa);

1738(C=O); 1243(C-O-C).

Lấy 1000 ml dầu BDO cho vào cốc thủy tinh 2000 ml, đặt cốc lên bếp khuấy

từ, bật bếp, bật khuấy từ và điều chỉnh nhiệt độ của cốc dầu trong khoảng 60 ÷ 70^oC.

Sau đó cho vào cốc dầu 1g diphenyl amin, 1g oleat cyclohexylamoni và khuấy cho

phụ gia tan hoàn toàn (khoảng 30 phút). Để nguội hỗn hợp tới nhiệt độ phòng rồi

cho vào bình chứa. Ký hiệu dầu bảo quản thu được là BDO-VN.

Tạp chí Khoa học và Công nghệ nhiệt đới, Số 07, 10 - 2014

97

Nghiên cứu khoa học công nghệ

Quy trình chế tạo dầu bảo quản (BDO-VN) được mô tả bởi sơ đồ dưới đây:

Mỡ cá Ba sa

1. Rửa 1 lần NaOH 5%

2. Rửa nước cất tới pH=7

Mỡ nguyên liệu

1. Metanol, T^o

2. Rửa 3 lần cồn 50^o

3. Cô quay chân không

Dầu BDO

Bổ sung phụ gia

Dầu bảo quản BDO-VN

Hình 1. Sơ đồ điều chế BDO-VN

Thành phần chính của dầu bảo quản BDO-VN gồm: BDO, diphenyl amin,

oleat cyclohexylamoni. Sản phẩm là chất lỏng có màu vàng sáng; diphenyl amin là

phụ gia chống oxy hóa, chống phá hủy sinh học. Oleat cyclohexlylamoni là phụ gia

chống ăn mòn kim loại.

Kết quả phân tích một số chỉ tiêu tại Trung tâm Hóa nghiệm Xăng dầu, Cục

Xăng dầu cho loại dầu BDO-VN được trình bày trong bảng 1.

Bảng 1. Kết quả phân tích các chỉ tiêu của dầu BDO-VN

STT

Các chỉ tiêu phân tích

Khối lượng riêng ở 20^oC, g/cm³

Trị số axit, mgKOH/g

Phương pháp phân tích

GOST 3900-85

GOST 5985-79

GOST 2070-82

ASTM D97-08

GOST 2917-76

GOST 6370-83

GOST 2477-65

TCVN 3171-2007

Kết quả

0,8871

0,028

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Trị số Iôt, gI₂/100g

11,34

Nhiệt độ đông đặc, ^oC

-3

Thí nghiệm ăn mòn thép

Thí nghiệm ăn mòn đồng

Hàm lượng tạp chất cơ học

Hàm lượng nước

Hợp cách

0,22

Không có

5,1

Độ nhớt động học ở 50^oC, cSt

Bảng kết quả cho thấy hai chỉ tiêu quan trọng của dầu BDO-VN là ăn mòn tấm

đồng, ăn mòn tấm thép đều hợp cách. Đây là điều kiện cần để tiếp tục nghiên cứu

tính chất bảo quản của dầu BDO-VN bằng các phương pháp thử nghiệm tự nhiên,

gia tốc, đòi hỏi thời gian thử nghiệm dài hơn.

Trong bài bài báo này chúng tôi nghiên cứu khả năng bảo quản của dầu BDO-

VN trên cơ sở so sánh với dầu súng VN.BO. Các chỉ tiêu kỹ thuật chính của dầu

VN.BO theo 06 TCN 819:2000 được trình bày dưới bảng 2.

98

Tạp chí Khoa học và Công nghệ nhiệt đới, Số 07, 10 - 2014

Nghiên cứu khoa học công nghệ

Bảng 2. Các chỉ tiêu kỹ thuật chính của dầu súng VN.BO

STT

Tên chỉ tiêu

Yêu cầu kỹ thuật

Đồng nhất, màu từ

1

2

3

Dạng bên ngoài

Ăn mòn tấm thép ở 100^oC trong 3 giờ

nâu sáng đến nâu sẫm

Chịu được

Khả năng giữ trên bề mặt kim loại một lớp liên

1,5

tục ở 20^oC trong 24 giờ, mg/cm², không nhỏ hơn

Hàm lượng tạp chất cơ học, % khối lượng, không

lớn hơn

4

0,05

5

6

Hàm lượng nước, %

Không có

60

Độ nhớt động học ở 50^oC, cSt, không nhỏ hơn

3.3. Kết quả thử nghiệm gia tốc

Độ ẩm, nhiệt độ cao khi thử nghiệm gia tốc thúc đẩy quá trình ăn mòn và cho

kết quả nhanh về khả năng bảo vệ của các loại dầu trong cùng điều kiện.

Kết quả thử nghiệm gia tốc được trình bày dưới bảng 3.

Bảng 3. Kết quả thử nghiệm gia tốc dưới tác dụng của độ ẩm, nhiệt độ cao

STT

Mẫu

Lớp phủ

Không

Số chu kỳ thử nghiệm

1

2

3

4

5

6

7

8

CT3

0

CT3 nhuộm đen

CT3

Không

2

Dầu BDO

Dầu bảo quản BDO-VN

Dầu súngVN.BO

Dầu súng VN.BO

3

CT3 nhuộm đen

CT3

8

6

CT3 nhuộm đen

CT3

12

10

17

CT3 nhuộm đen

Một chu kỳ thử nghiệm được tính là 24 giờ

Kết quả thử nghiệm cho thấy:

Khả năng bảo vệ thép CT3, CT3 nhuộm đen của các loại dầu tăng theo thứ tự

BDO < BDO-VN < VN.BO. Điều này được lý giải như sau: BDO, BDO-VN có

thành phần là metyl este có độ nhớt thấp (độ nhớt động học ở 50^oC là 5,1 cSt), khả

năng bám dính trên bề mặt kim loại thấp, do đó lớp màng tạo thành mỏng, cách ly

kém bề mặt kim loại với môi trường ăn mòn, dẫn đến khả năng bảo vệ thấp. Dầu

BDO-VN ngoài việc tạo thành lớp màng mỏng giống như BDO còn có thêm chất ức

chế ăn mòn oleat cyclohexylamoni, diphenyl amin nên có khả năng bảo vệ tốt hơn

BDO. Các dầu BDO và BDO-VN có độ nhớt thấp nhưng có khả năng bám dính và

tạo màng khá tốt, có thể là nhờ có các nhóm este phân cực.

Tạp chí Khoa học và Công nghệ nhiệt đới, Số 07, 10 - 2014

99

Nghiên cứu khoa học công nghệ

3.4. Kết quả thử nghiệm tự nhiên

Kết quả thử nghiệm tự nhiên cũng khá tương đồng với thử nghiệm gia tốc

(hình 2 và bảng 4).

Bảng 4. Kết quả thử nghiệm tự nhiên

Tình trạng mẫu

Sau 2 tháng

thử nghiệm

STT

Mẫu

Lớp phủ

Sau 1 tháng

thử nghiệm

Sau 3 tháng

thử nghiệm

1

2

CT3

Không Mẫu bị ăn mòn Mẫu bị ăn mòn

Mẫu không bị ăn

Mẫu bị ăn mòn

CT3

nhuộm đen

Không

Mẫu bị ăn mòn

mòn

Mẫu sáng, không bị

ăn mòn, mép dưới

hơi biến mầu sẫm

Dầu

BDO-VN

Mẫu sáng, không Mẫu sáng, không

bị ăn mòn bị ăn mòn

3

CT3

Dầu

CT3

nhuộm đen

Mẫu đen bóng, Mẫu đen bóng,

Mẫu đen bóng,

4

5

6

không bị ăn mòn không bị ăn mòn không bị ăn mòn

BDO-VN

Dầu súng Mẫu sáng, không Mẫu sáng, không Mẫu sáng, không

CT3

VN.BO

bị ăn mòn

Mẫu đen bóng,

CT3

Dầu súng Mẫu đen bóng, Mẫu đen bóng,

nhuộm đen VN. BO không bị ăn mòn không bị ăn mòn không bị ăn mòn

A

B

Hình 2. Hình ảnh mẫu sau 1, 2, 3

tháng thử nghiệm

A: Mẫu sau 1 tháng thử nghiệm

B: Mẫu sau 2 tháng thử nghiệm

C: Mẫu sau 3 tháng thử nghiệm

C

100

Tạp chí Khoa học và Công nghệ nhiệt đới, Số 07, 10 - 2014

Nghiên cứu khoa học công nghệ

Bảng 4 cho thấy:

- Mẫu đối chứng thép CT3 bị ăn mòn sau 1 tháng thử nghiệm, Mẫu CT3

nhuộm đen bị ăn mòn sau 2 tháng thử nghiệm.

- Mẫu bảo quản bằng dầu súng VN.BO bảo quản tốt thép CT3, CT3 nhuộm

đen sau 3 tháng thử nghiệm.

- Mẫu bảo quản bằng BDO-VN bảo quản tốt thép CT3 nhuộm đen sau 3 tháng

thử nghiệm và bảo quản tốt thép CT3 sau 2 tháng thử nghiệm. Đến tháng thứ 3 xuất

hiện vết biến màu sẫm ở mép dưới tấm thép CT3, có thể do dầu BDO-VN bắt đầu bị

phân hủy và xuất hiện các sản phẩm ăn mòn kim loại thép.

- Thời gian bảo vệ của dầu BDO-VN trên thép CT3 nhuộm đen dài hơn của

CT3, có thể do lớp nhuộm đen vừa có khả năng bảo vệ, vừa có cấu trúc xốp và giữ

dầu tốt hơn trên bề mặt tấm mẫu.

4. KẾT LUẬN

Có thể chế tạo dầu bảo quản thân thiện với môi trường từ mỡ cá Basa trên cơ

sở ví dụ dầu điều chế từ hỗn hợp của metyl este thu được từ mỡ cá Basa với

diphenyl amin và oleat cyclohexylamoni. Việc thử nghiệm tự nhiên và gia tốc theo

GOST 9054-75 cho thấy dầu điều chế được có khả năng bảo vệ khá tốt, song còn

kém dầu thông dụng (so với VN.BO), có thể do độ nhớt thấp. Kết quả thu được có

thể là tiền đề cho các nghiên cứu tiếp theo nhằm chế tạo dầu bảo quản thân thiện

môi trường từ mỡ cá Basa.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1.

2.

3.

4.

Dương Minh Rạng, Nghiên cứu sản xuất Biodiesel từ mỡ cá Basa, Luận văn

tốt nghiệp kỹ sư Đại học Cần Thơ, 2007.

Nguyễn Quang Thịnh, Nghiên cứu ứng dụng của dung môi sinh học để tẩy sơn

và mực in, Luận văn tốt nghiệp kỹ sư Đại học Bách khoa Hà Nội, 2010.

Thornton, P.O. Box, Shell Research and Technology Centre, The biodegradability

and microbial toxicity testing of lubricants some recommendations, 1999.

Boris A. Miksic, Margarita A. Kharshan Alla, Y. Furman, Vapor corrosion and

scale inhibitors formulated from biodegradable and renewable raw materials,

Cortec Corporation 4119 White Bear Parkway St. Paul, MN 55110, 2005.

5.

6.

Emmanuel O. Aluyor, Kesssington O. Obahiagbin, Biodegradation of vegetable

oils: Areview, Scientific research and Essay, 2009, 4(6):543-548.

Woyale A. A. A., Odubiyi O. A., Eloka-Eboka A. C., Production and testing

of biodegradable grease from black-date oil, Journal of Innovative Research

In Engineering and Scienes, 2011, 2(4):223-233.

Tạp chí Khoa học và Công nghệ nhiệt đới, Số 07, 10 - 2014

101

Nghiên cứu khoa học công nghệ

SUMMARY

STUDY OF PREPARATION ECO-FRIENDLY

PRESERVATIVE OIL FROM CATFISH GREASE

In this paper, a manufacturing process of eco-friendly preservative oil from

Basa fish grease of Agifish company was shown (called BDO-VN). The obtained

product was examined to protect CT3 steel and blackened CT3 steel by using natural

and accelerated test method. The results pointed out that the BDO-VN oil preserved

well CT3 steel after testing 2 months, blackened CT3 steel after testing 3 months by

natural test method.

Từ khóa: Oil, preservative, biodegradble, eco-friendly.

Nhận bài ngày 12 tháng 8 năm 2014

Hoàn thiện ngày 12 tháng 10 năm 2014

Phân viện Công nghệ sinh học, Trung tâm Nhiệt đới Việt - Nga

102

Tạp chí Khoa học và Công nghệ nhiệt đới, Số 07, 10 - 2014