1. Họ và tên nghiên cứu sinh: Lưu Văn Bắc                   

2. Giới tính: Nam

3. Ngày sinh:     25/7/1982                                                        

4. Nơi sinh: Bắc Ninh

5. Quyết định công nhận nghiên cứu sinh: số: 4092/QĐ-ĐHKHTN ngày 27/11/2013 của Hiệu trưởng Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN.

6. Các thay đổi trong quá trình đào tạo: Không  

7. Tên đề tài luận án: “Nghiên cứu chuyển hóa dầu thực vật thải thành nhiên liệu lỏng sử dụng xúc tác trên cơ sở FCC tái sinh và hydrotanxit”.

8. Chuyên ngành: Hóa dầu                                                        

9. Mã số: 62440115

10. Cán bộ hướng dẫn khoa học:  Hướng dẫn chính: PGS.TS. Trần Thị Như Mai

                                                             Hướng dẫn phụ:  TS. Nguyễn Thị Minh Thư 

11. Tóm tắt các kết quả mới của luận án:

- Đã nghiên cứu tái sinh xúc tác FCC thải D1506 của nhà máy lọc dầu Dung Quất bằng phương pháp đốt cốc và chiết các kim loại gây ngộ độc xúc tác FCC bằng các dung dịch axit citric, axit lactic, axit oxalic riêng biệt. Đã tìm ra được dung dịch axit oxalic có khả năng chiết kim loại Fe, Ni ra khỏi xúc tác FCC thải có hiệu quả nhất. Xúc tác FCC tái sinh (FCC-TS) được đặc trưng bằng các phương pháp EDX, XRD, SEM và BET, XRF. Xúc tác FCC-TS có diện tích bề mặt BET là 170 m²/g so với 112m²/g của FCC thải ban đầu. Bằng phương pháp XRF xác định được hàm lượng kim loại Fe, Ni, V, Ca và Na tách ra lần lượt là 54%, 54%, 26%, 58% và 69%. Đã xác định được một số cấu tử cốc trong dịch chiết xylen là các chất có 2, 3 vòng thơm như 3,6-dimethyl-phenanthrene, naphthalene, indane và 4-methyl-phenanthrene...

-  Đã nghiên cứu  phản ứng cracking dầu ăn thải có chỉ số axit là 63 trên thiết bị Test cracking pha khí SR-SCT-MAT trong điều kiện chuẩn của phản ứng cracking ở 500^oC thời gian tiếp xúc là 12 giây. Đánh giá tính chất xúc tác của các hệ 2% HZSM-5/FCC-TS, 5% HZSM-5/FCC-TS, 5% LaHY/FCC-TS, sản phẩm chủ yếu là phân đoạn xăng chứa các cấu tử như 2metyl pentan, 2metyl heptan, octan và hydrocacbon thơm như toluen, etylmetyl benzen và một lượng hydrocacbon mạch thẳng C₁₆, C₁₇. Việc bổ sung HZSM-5 đã nhận được hiệu ứng olefin nhẹ, sản phẩm etylen, propen và buten cao hơn so với bổ sung LaHY, kết quả này tương tự với xúc tác cracking của nhà máy lọc dầu. Có các phản ứng dehydro hóa, decacbonyl hóa và decacboxyl hóa vì trong sản phẩm còn có H₂, CO và CO₂.

-  Đã nghiên cứu phản ứng cracking dầu ăn thải trong  pha lỏng  ở các nhiệt độ 370^oC, 400 ^oC và 420^oC sử dụng xúc tác FCC-TS không bổ sung zeolit. Phản ứng ở 420^oC cho hiệu suất sản phẩm lỏng lớn nhất và hàm lượng cặn nhỏ nhất, có phản ứng dehydrat hóa. Sản phẩm lỏng chủ yếu nhận được là các hydrocacbon mạch thẳng C₁₂ - C₁₇ chiếm khoảng trên 90%  và không chứa các hydrocacbon thơm. Sản phẩm cracking có chỉ số axit tự do khoảng 17 -  20mgKOH/g trong 10 lần phản ứng liên tiếp không thay xúc tác. GC-MS phát hiện các axit pentadecanoic, axit hexadecanoic, axit Cis-9 octadecenoic.

-  Đã nghiên cứu chế tạo hệ xúc tác hydrotanxit HT Mg-Al/g-Al₂O₃ và hệ HT Mg-Al/g-Al₂O₃ phân tán Ni, Ni là tinh thể hình kim phân tán trên bề mặt hệ HT Mg-Al/g-Al₂O₃ kích thức là 4-5 nm. Đặc trưng xúc tác bằng các phương pháp vật lý XRD, BET, phân tích nhiệt TG/DTA, TEM. XRD. cho thấy cấu trúc của hydrotanxit vẫn bảo toàn khi nung ở 300^oC.

-  Đã nghiên cứu quá trình decacboxyl hóa sản phẩm sau phản ứng cracking dầu ăn thải có chỉ số axit là 17mgKOH/g nhằm nâng cấp nhiên liệu với hai hệ xúc tác HT Mg-Al/g-Al₂O₃ và xúc tác Ni-HT Mg-Al/g-Al₂O₃. Hệ xúc tác Ni- HT Mg-Al/ γ-Al₂O₃ có khả năng thực hiện phản ứng decacboxyl hóa hoàn toàn sau 0,5giờ , còn  hệ xúc tác HT Mg-Al/g-Al₂O₃ phản ứng hoàn toàn sau 2 giờ. Sản phẩm lỏng chọn lọc diesel xanh là các hydrocacbon mạch thẳng C₁₄ - C₁₈ khoảng 85%,  khoảng 10%  hydrocacbon C₇- C₁₁ và  5% C₁₂- C₁₃  và 85% C₁₄- C₁₈.

12. Điểm mới của luận án:

-  Nghiên cứu tái sinh xúc tác FCC thải D1506 của nhà máy lọc dầu Dung Quất bằng phương pháp đốt cốc và chiết các kim loại gây ngộ độc xúc tác FCC bằng các dung dịch axit citric, axit lactic, axit oxalic riêng biệt và đã tìm ra được dung dịch axit oxalic có khả năng chiết kim loại Fe, Ni và V ra khỏi xúc tác FCC thải có hiệu quả nhất. Hàm lượng Fe, Ni và V được tách ra lần lượt là 54%, 54% và 26%. Xúc tác FCC tái sinh (FCC-TS) có diện tích bề mặt BET là 170 m²/g so với 112m²/g của FCC thải ban đầu. Việc tách các kim loại nặng ra khỏi xúc tác FCC thảibằng axit hữu cơ và hydroxy axit, đây là những chất có trong thiên nhiên  nên an toàn, quá trình được thực hiện ở nhiệt độ thường, không phải phá mẫu,  thân thiện môi trường.

-  Xúc tác FCC tái sinh (FCC-TS) được bổ sung pha hoạt tính HZSM-5 và LaHY và đánh giá tính chất xúc tác cho phản ứng cracking dầu ăn đã qua sử dụng ở pha khí nhận được chủ yếu phân đoạn xăng. Xúc tác được bổ sung HZSM-5 có hiệu ứng olefin nhẹ, hàm lượng etylen, propen và buten cao hơn so với bổ sung LaHY cụ thể là với xúc tác 2% HZSM-5/FCC-TS, 5% HZSM-5/FCC-TS và 5% LaHY /FCC-TS thì propen nhận được tương ứng là 6,73%mol, 11,63% và 4,6%, kết quả này tương tự với xúc tác cracking của nhà máy lọc dầu Dung Quất, bổ sung HZSM-5 để nhận được propen cung cấp nguyên liệu cho phân xưởng polypropylen. Ngoài ra hệ xúc tác cũng đã thể hiện khả năng dehydro hóa, decacbonyl hóa và decacboxyl hóa vì trong sản phẩm còn có H₂, CO và CO₂.  

-  Phản ứng cracking dầu ăn thải trong  pha lỏng  sử dụng xúc tác FCC-TS không bổ sung zeolit, phản ứng được nghiên cứu ở 370 ^oC, 400^oC và 420^oC cho thấy sản phẩm lỏng thu được tương ứng là 78%, 80% và 85%, lượng nước lần lượt là 3,9%, 4,3% và 5,1% và phần cặn là 11,%, 6,2% và 1%, khả năng cặn này là các sản phẩm monoglixerit, diglyxerit… chưa được cracking. Ở nhiệt độ cao 420^oC phản ứng cracking càng sâu, phản ứng dehydrat hóa tăng. Đã chế tạo hệ xúc tác Ni phân tán trên nền xúc tác hydrotanxit Mg-Al/g-Al₂O_3, hệ xúc tác này có hiệu quả decacboxyl hóa sản phẩn sau phản ứng cracking dầu ăn thải. Sản phẩm lỏng thu được chủ yếu là phân đoạn kerosen và diesel xanh C₁₂ - C₁₇ và không chứa hydrocacbon thơm. Việc sử dụng quá trình 2 giai đoạn,  cracking với xúc tác axit rắn và decacboxyl hóa là quá trình lọc dầu sinh học đang là xu thế của thế giới hiên nay, quá trình này không cần phải sử dụng H₂ và kim loại quý.

13. Khả năng ứng dụng thực tiễn:

Tái sinh xúc tác FCC thải bằng đốt cốc và tách kim loại nặng Fe, Ni, V bằng axit hữu cơ và hydroxy axit, đây là những chất có trong thiên nhiên  nên an toàn và thân thiện với môi trường, có ý nghĩa thiết thực là tiết kiệm chi phí và giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường bởi các xúc tác thải công nghiệp. Xúc tác FCC thải sau tái sinh có khả năng ứng dụng cho các quá trình lọc dầu sinh học.

Sản phẩm sau cracking được tiếp tục decacboxyl hóa trên hệ xúc tác trên cơ sở hydrotanxit Mg-Al chứa Ni  tạo ra kerosen và diesel xanh là các hydrocacbon mạch thẳng có thể sử dụng trực tiếp làm nhiên liệu, quá trình này không cần phải sử dụng H₂ và kim loại quý.

14. Các hướng nghiên cứu tiếp theo:

Nghiên cứu phát triển các hóa phẩm thân thiện môi trường để tăng hiệu quả tách  kim loại nặng Fe, Ni, V trong xúc tác FCC thải của các nhà máy lọc dầu để tái sử dụng cho các quá trình lọc dầu sinh học.

Nghiên cứu phát triển các hệ xúc tác deoxy hóa nói chung và decacboxyl hóa nói riêng không sử dụng kim loại quý cho quá trình chuyển hóa sinh khối tạo thành nhiên liệu diesel xanh, thay thế dần các nguồn nguyên liệu hóa thạch.

15. Các công trình công bố liên quan đến luận án:

[1]. Trần Thị Như Mai, Lưu Văn Bắc, Vũ Mạnh Hiệp, Trần Chí Công, Đặng Thanh Tùng (2014), “Nghiên cứu phản ứng Cracking dầu ăn thải trên hệ xúc tác FCC tái sinh được bổ sung với zeolit HZSM-5”, Tạp chí Xúc tác và Hấp phụ, 3(2), tr.76-82.

[2]. Lưu Văn Bắc­, Trần Thị Như Mai, Nguyễn Đăng Huân, Đỗ Thanh Hải, Giang Thị Phương Ly (2014), “Nghiên cứu phản ứng Cracking pha lỏng dầu ăn thải sử dụng xúc tác FCC tái sinh bằng dung dịch Acid oxalic trong dung môi xylen”, Tạp chí Xúc tác và Hấp phụ, 3(3), tr.24-33.

[3]. Trần Thị Như Mai, Lưu Văn Bắc, Nguyễn Văn Mạnh, Nguyễn Thị Minh Thư, Giang Thị Phương Ly, Vũ Duy Hùng (2015), “Nghiên cứu tách các tạp chất kim loại Fe, Ni, Ca và Na lắng đọng trên xúc tác FCC thải của nhà máy lọc dầu Dung Quất bằng các tác nhân axit Hydroxy Cacboxylic” Tạp chí Xúc tác và Hấp phụ, 4(4B), tr.54-57.

[4]. Lưu Văn Bắc, Trần Thị Như Mai, Trần Chí Công, Vũ Mạnh Hiệp (2015). “Nghiên cứu tổng hợp, đặc trưng và đánh giá khả năng xúc tác Decacboxy hoá của hệ Hydrotanxit Mg – Al trên nền γ-Al₂O₃”, Tạp chí Hoá học, 153(4e), tr.105-108.

[5]. Trần Thị Như Mai, Trần Chí Công, Nguyễn Văn Mạnh, Lưu Văn Bắc, Giang Thị Phương Ly, Quách Viễn Dương (2016), “Reuse of spent FCC of Dung Quat refinery for cracking wasted cooking oil in liquid phase”, Tạp chí Hoá học, 54 (2), tr. 194-198.

[6]. Lưu Văn Bắc, Trần Thị Như Mai, Nguyễn Văn Mạnh, Giang Thị Phương Ly, Nguyễn Thị Minh Thư (2016), “Nghiên cứu điều chế hydrotanxit Mg-Al/γ-Al₂O₃ cho phản ứng decacboxyl hóa dầu ăn thải đã craking”, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, 32(3), tr.147-151.