GVHD : GVC. TS Trần Thị Mỹ Diệu
TS. Bùi Thanh Hương
SVTH:Nguyễn Lê Hồng Nhung
Đề tài: KHẢO SÁT KHẢ NĂNG CHUYỂN HÓA BAO NYLON RÁC THẢI TRÊN XÚC TÁC KIỀM THÀNH HYDROCACBON LỎNG
1. TỔNG QUAN VỀ BAO NYLON RÁC THẢI
“Ô nhiễm trắng”
là thuật ngữ mà các nhà khoa học dùng để chỉ hiện tượng ô nhiễm bởi rác thải
bao nylon (RBN). Không thể phủ nhận tiện ích của bao nylon trong cuộc sống hiện
đại nhưng rác thải bao nylon lại là vấn nạn của nhiều quốc gia và có thể nói là
toàn cầu. RBN được cảnh báo là nguy hại cho môi
trường nhiều nhất. Ô nhiễm RBN hiện
diện khắp mọi nơi: từ trong nhà ra ngoài đường đến đồng ruộng, ao hồ, sông
ngòi, nguồn nước, đất trồng trọt,...Trong đất trồng RBN cản trở sự hấp thu dinh
dưỡng của cây cối, lương thực, hoa màu..., trong nguồn nước làm ách tắc, cản trở
thuỷ lưu, thuỷ sinh nuốt phải không thể tiêu hoá dẫn tới chết. Không những mất
cảm quan, RBN gây thiệt hại cho nhiều công trình vì sự hiện diện không cần thiết
của nó. Không chỉ có bao nylon, rác thải từ các bao bì nhựa cũng là nguồn ô nhiễm
lớn đối với môi trường.
Theo thống kê của Hiệp hội Nhựa Việt Nam (3/2011), sản lượng nhựa sản xuất
của nước ta mỗi năm một tăng. Năm 2010, sản lượng nhựa đạt 3,8 triệu tấn và
tăng trưởng hàng năm sẽ đạt khoảng 20%, trong đó thị phần nhựa bao bì chiếm
39%.
Sản lượng ngành bao bì nhựa nước ta hiện đạt khoảng 1,4 – 1,5
triệu tấn/năm và mỗi ngày có khoảng 2.500 tấn rác nhựa thải ra môi trường. Cụ thể tại Hà Nội, khối lượng rác thải
sinh hoạt ước tính khoảng 5.000 tấn mỗi ngày. Và với mức tăng trung bình 15% mỗi
năm, các chuyên gia môi trường cảnh báo đến năm 2012 bãi rác Nam Sơn Hà Nội sẽ
không còn chỗ để chôn rác. Còn TP.HCM, hàng ngày có trên 7.000 tấn rác sinh hoạt
thải ra môi trường, mỗi năm riêng công tác xử lý rác đã ngốn hết 235 tỷ đồng
ngân sách. Trong số rác thải, lượng bao nylon rác thải chiếm khoảng 10%. Mỗi
năm thủ đô Hà Nội tốn khoảng 650 tỷ đồng mua bao nylon, bình quân mỗi ngày dùng
13 bao/gia đình cho các việc sinh hoạt.
Theo các công ty sản
xuất, thị trường cho vỏ bao bì nhựa có tốc độ tăng trưởng bình quân khoảng 30%,
tương ứng với mức tăng thị trường nước giải khát các loại, sữa và nước đóng
chai. Ngoài ra, các loại chai nhựa đựng thực phẩm (nước mắm, nước tương, tương ớt,
gia vị,…) hàng năm cũng sử dụng không dưới 50 triệu chai, gần nửa triệu tấn thuốc
nước bảo vệ thực vật sử dụng trên đồng ruộng hàng năm cũng cần khoảng 10.000 tấn
bao bì nhựa,...Sức tiêu thụ của các loại
bao bì tăng theo tính tiện dụng càng nhiều thì lượng rác thải ra môi trường
càng lớn.
Thành phần
chủ yếu của bao nylon rác thải (BNR) và một phần bao bì nhựa là polyethylene
(PE), được tổng hợp từ monomer là ethylene. Có ba loại nhựa PE chính là: Polyethylene tỷ trọng thấp – LDPE (Low Density
Polyethylene), Polyethylene tỷ trọng thấp mạch thẳng – LLDPE (Linear Low Density
Polyethylene) và Polyethylene tỷ trọng cao – HDPE (High Density Polyethylene).
Theo thống kê của Hiệp
Hội Nhựa, năm 2010, nhu cầu tiêu thụ hạt nhựa trên thế giới đạt 280 triệu tấn,
tăng 24% kể từ năm 2006. Trong đó, khu vực châu Á chiếm 42% tổng sản lượng tiêu
thụ, châu Âu với 23% và Bắc Mỹ 21%. Nhu cầu cho hạt nhựa PE và PP là lớn nhất
(29% và 19%). Và như vậy, có thể thấy lượng nhựa phế thải từ PE chiếm tỷ phần
lớn và bao nylon rác thải (BNR) “đóng góp” phần chủ yếu.
Bao nylon rác thải (BNR)
và bao bì nhựa rất khó phân huỷ. Nếu không có sự tác động của anh sáng mặt trời,
BNR có thể tồn tại đến 500 năm (thậm chí 1000 năm) mà không bị phân huỷ và dù
đã phân huỷ và lẫn vào đất thì chất nhựa PVC sẽ làm đất bị trơ, không giữ được
nước và chất dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng.
Dù tốc độ tăng trưởng
GDP hàng năm đạt trên 8,5%, nhưng nếu tính đến cả các tổn thất do môi trường
thì tốc độ tăng GDP thực tế của Việt Nam sẽ chỉ là 3 – 4%. Trong số thiệt hại này, túi nhựa nylon
và các loại bao bì nhựa “góp phần” không ít.
Để có thể hạn chế lượng
rác thải nhựa từ bao nylon, các nhà quản lý môi trường và các nhà khoa học đã
đưa ra nhiều định hướng: hạn chế sử dụng, tái sử dụng, tái sinh và tái chế bao
nylon rác thải (BNR).
Do nhu cầu của cuộc sống
và ý thức về tác hại của bao nylon đối với môi trường của người tiêu dùng Việt
Nam còn hạn chế nên việc giảm thiểu sử dụng bao nylon chưa thể thực hiện triệt
để. Bao nylon có khả năng tự phân huỷ vẫn chưa đáp ứng nhu cầu do giá thành cao,
thời gian phân huỷ còn dài. Thời gian phân huỷ
polymer bằng vi sinh rất dài, hàng năm trời và cũng không thể phân huỷ hoàn
toàn polymer bằng phương pháp sinh học. Muốn quá trình phân huỷ polymer bằng
sinh học hiệu quả hơn, nguồn nguyên liệu ban đầu để tổng hợp polymer thường phải
thêm các tác nhân có khả năng bị phân huỷ bằng sinh học như tinh bột, bột
xenlulo,...Tuy nhiên, việc nghiên cứu sản xuất polymer bị phân huỷ bằng sinh học
cũng còn chưa hoàn chỉnh, chưa thay thế được lượng bao nylon PE hiện thường sử
dụng. Hơn thế nữa, đối với bao
nylon tự phân huỷ, ta không thể tận thu nguồn nguyên liệu polymer quý giá
của chúng.
Tiêu huỷ
nhiệt là phương pháp xử lý chất thải từ rất lâu ở nhiều nước, tuy nhiên năng lượng
đốt cháy chất thải dẻo tương đối lớn. Đa số chất thải dẻo cháy với tốc độ cao
vì vậy đòi hỏi một lượng lớn không khí. Đốt bao nylon rác thải (BNR) là phương
pháp không hiệu quả vì gây ô nhiễm không khí bằng những khí rất độc hại sinh ra
trong quá trình đốt như dioxin, furan,...ảnh hưởng đến sức khoẻ con người. Khi
đốt chất dẻo cần có các thiết bị phụ trợ để làm sạch và xử lý khí thải. Các thiết
bị đốt cần phải sửa chữa thường xuyên do các khí xâm thực từ quá trình đốt gây
ăn mòn mạnh. Hơn thế nữa, các nghiên cứu gần đây cho thấy, tro khi đốt chất thải
dẻo chứa một hàm lượng dioxin cao gấp nhiều lần khí thải của quá trình đốt và
khi nguồn tro này thải ra môi trường sẽ là nguồn gây ô nhiễm trầm trọng.
Với nhu cầu
về nhiên liệu ngày càng tăng và tình hình khan hiếm dầu mỏ việc tái sử dụng các
hợp chất phế thải là cần thiết. Tận dụng BNR, tái sinh và tái tạo thành các vật
liệu nhựa ứng dụng khác cũng là biện pháp hữu hiệu nhưng chỉ là giải pháp tạm
thời và cũng không giải quyết tận gốc sự ô nhiễm từ rác thải. Bên cạnh đó, bao nylon
tái chế thường chứa các chất bẩn, vi trùng còn lại từ BNR cũ cộng với các hoá
chất độc làm phụ gia khi tái chế, không an toàn cho người sử dụng. Tận mắt chứng
kiến BNR được thu gom từ các bãi rác (hình 2), sau đó được tái chế thô sơ thành
hạt nhựa tái sinh và trở thành nguồn nguyên liệu để sản xuất bao nylon tái chế
cho chúng ta sử dụng hiện nay (tuỳ theo chất lượng bao nylon mà lượng hạt nhựa
tái sinh sử dụng có thể lên tới 80%), càng thấy sự nguy hại từ bao nylon tái chế
cũng như các hiểm họa của rác thải bao nylon khi còn tồn tại trong môi trường. Các vật liệu nhựa tái sinh, composite
từ BNR có trong thành phần các vật liệu xây dựng sau một thời gian sử dụng cũng
cần phải được xử lý và bài toán lúc đó sẽ là “xử lý rác thải từ rác thải”.
Hơn thế nữa, lượng BNR được tái chế hiện thời
chỉ chiếm một phần rất nhỏ tổng lượng BNR sản sinh hàng năm.
Chuyển hoá
hoá học BNR: quá trình tái chế hoá học BNR nhằm mục đích chuyển hoá các polymer phế thải thành các
monomer nguyên bản hoặc các hợp chất hoá học có giá trị khác. Các sản phẩm này
là nguồn nguyên liệu hữu dụng cho hàng loạt các quá trình công nghiệp hoá học
cũng như nhiên liệu giao thông và các ngành công nghiệp khác. Đây là phương pháp xử lý triệt để và có giá
trị kinh tế khi giá dầu thô tăng cao và nguồn tài nguyên hoá thạch đang dần cạn
kiệt.
Một trong
những hướng chính trong tái chế hoá học là cracking/pyrolys
các vật liệu polymer:
-
Nhiệt phân
polyolefin xảy ra với hiệu suất chất đơn phân ban đầu rất nhỏ. Phương pháp
cracking nhiệt thường đòi hỏi thực hiện ở nhiệt độ cao (khoảng từ 500 – 800°C);
-
Sự phân hủy
hóa học rất khó xảy ra đối với các polymer hydrocarbon do các polymer này tương
đối bền với các tác nhân hóa học. Sự phân hủy chỉ có thể xảy ra trong những điều
kiện khắc nghiệt hoặc trong phân tử chứa những nhóm chức làm giảm độ bền liên kết
hóa học. Trong quá trình phân huỷ BNR với thành phần là PE, chủ yếu là liên kết
–C–C– mạch thẳng nên năng lượng phân huỷ đòi hỏi cao hơn so với năng lượng phân
huỷ các polymer khác. Để quá trình bẻ gãy liên kết –C–C– được thuận lợi hơn, cần
có xúc tác thích hợp hỗ trợ để tăng tốc độ phản ứng, giảm nhiệt độ phản ứng,
tăng hiệu suất và tăng độ chọn lọc cho sản phẩm mong muốn. Hiện nay, các nghiên
cứu phân huỷ hoá học các polymer đã sử dụng nhằm mục đích tạo thành nhiên liệu
lỏng, sạch hoặc các hợp chất hoá học có giá trị để hạn chế sử dụng các nguyên
liệu khai thác.
So với phương pháp
cracking nhiệt thì phương pháp cracking xúc tác có nhiều ưu điểm hơn. Quá trình
cracking xúc tác tạo ra sản phẩm lỏng với hiệu suất cao hơn so với cracking nhiệt
với nhiệt độ thấp hơn và thời gian phản ứng nhanh hơn.
Với cuộc sống xã hội hiện đại, các nhu cầu về văn hoá, thẩm mĩ, vệ sinh
môi trường cũng như an toàn sức khoẻ cho con người ngày càng tăng cao, việc giảm thiểu rác thải mà cụ thể là bao nylon rác thải là
vô cùng cấp thiết. Tìm ra phương pháp xử
lý hiệu quả BNR là nhu cầu bức xúc, đòi hỏi cần phải giải quyết ngay của xã hội.
Vì vậy đề tài “Khảo sát khả năng chuyển
hóa bao nylon rác thải trên xúc tác kiềm thành hydrocarbon lỏng” được chọn
lựa để thực hiện không chỉ có ý nghĩa khoạ học mà còn có ý nghĩa thời sự, mang
tính thực tiễn, và khả năng ứng dụng cao, đem lại lợi ích cho toàn xã hội.
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
2.1 Mục tiêu chung
Nghiên cứu khảo sát quá
trình phân huỷ polyethylene trên các xúc tác có tính bazơ, tạo cơ sở cho quá
trình phân huỷ bao nylon rác thải thành hydrocarbon lỏng.
2.2 Mục tiêu cụ thể
Để đạt được
mục tiêu chung trên, nội dung đề tài sẽ lần lượt giải quyết các mục tiêu cụ thể
sau:
-
Khảo sát ảnh
hưởng của các chất xúc tác có tính bazơ đến quá trình phân huỷ polyethylene ở
áp suất khí quyển: loại chất xúc tác (NaHCO3, Na2CO3
và CaCO3), tỷ lệ khối lượng xúc tác/ khối lượng polyethylene, nylon
rác thải;
-
Khảo sát ảnh
hưởng của nhiệt độ và thời gian phản ứng đến quá trình phân hủy polyethylene,
nylon rác thải;
-
Đánh giá
hiệu quả của hệ xúc tác kiềm tính đối với quá trình phân huỷ bao nylon rác thải.
3. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.1
Hydrocarbon
Hydrocarbon là các hợp chất hữu cơ mà phân tử chỉ gồm carbon và hydro. Chúng lại được chia thành hydrocarbon no, hydrocarbon không
no, naphten và hydrocarbon thơm. Công dụng chủ yếu của
hydrocarbon chính là làm nhiên liệu và nguyên liệu. Trong tự nhiên, hydrocarbon
chủ yếu có trong khí thiên nhiên, dầu mỏ.
-
Hydrocarbon
no, công thức chung là CnH2n+2, là các hydrocarbon mà các
nguyên tử carbon trong phân tử của nó liên kết với nhau bằng liên kết đơn. Còn những hóa
trị còn lại được bão hòa bởi các nguyên
tử hydro;
-
Hydrocarbon
không no là các hydrocarbon có các liên kết bội (liên kết đôi hoặc liên kết ba) giữa các nguyên
tử carbon, chủ yếu thu nhận được trong các quá trình chế biến và tổng
hợp dầu mỏ và khí thiên nhiên. Tùy thuộc vào loại liên kết bội mà các hydrocarbon không no được chia thành các loại sau:
- Xycloankan, còn được gọi
là polymetylen với công thức chung là CnH2n,
là các hydrocarbon mà phân tử của nó gồm mạch các nguyên tử carbon khép kín thành vòng;
- Hydrocarbon thơm là các
hydrocarbon mà phân tử của chúng có các nhân benzen – C6H6. Một số hydrocarbon thơm
khác có cấu
trúc
phức tạp hơn với một số nhân benzen được ngưng
tụ như naphtalen – C10H8, antraxen – C14H10;
- Hydrocacbon lỏng: là các
phân tử có cấu trúc mạch dài là C5–C17.
3.2
Cracking xúc tác
Cracking xúc tác là quá trình chuyển hóa các phân tử hydrocarbon mạch dài
(trọng lượng phân tử lớn) thành các phân tử hydrocarbon mạch ngắn (trọng lượng
phân tử nhỏ).
Cơ chế phản ứng cracking xúc tác:
-
Cracking
nhiệt: cơ chế gốc tự do, phản ứng chuỗi:
Nhiệt độ cao ® đứt liên kết C–C của parafin ® gốc tự do: CH3·, C2H5·,…
-
Cracking
xúc tác: cơ chế ion cacboni:
+
Bước1: nhiệt độ ® khơi mào tạo thành olephin:
+ Bước 2: chuyển dịch proton:
+ Bước 3: đứt mạch –b:
+ Bước 4: đồng phân hoá sắp xếp lại
cấu trúc theo hướng bền vững hơn. Độ bền vững của ion cacbonium là tert > bậc
hai > bậc nhất:
+
Bước 5: chuyển vị ion hydro:
3.3 Xúc tác
của quá trình cracking
Xúc tác là một trong yếu
tố quan trọng nhất của quá trình cracking: xúc tác phù hợp có khả năng làm giảm
nhiệt độ, thời gian của quá trình cracking và giúp tạo thành các sản phẩm như
mong muốn.
Đa
phần các xúc tác đã và đang được sử dụng là các xúc tác có tính acid và đã thu
được những kết quả nhất định. Tuy nhiên, các thông tin từ một số nghiên cứu gần
đây cho thấy một số kết quả tích cực của các loại xúc tác kiềm tính trong quá
trình cracking hydrocarbon (mục 4.2 sẽ nói rõ hơn về các nghiên cứu này). Nhằm
xác định ảnh hưởng của xúc tác kiềm tính đối với quá trình bẻ gãy mạch của các
hydrocarbon, đề tài thực hiện sẽ khảo sát khả năng chuyển hóa polymer thành
hydrocarbon lỏng trên các dạng xúc tác có tính kiềm.
3.4 Nội dung nghiên cứu
-
Thực hiện phản ứng phân huỷ nhiệt bao nylon rác thải (LD và
HD) ở 500oC;
-
Phân huỷ bao nylon rác thải (LD và HD) trên các xúc tác NaHCO3, Na2CO3 và CaCO3
với tỷ lệ xúc tác/PE thay đổi từ 0,5/10 đến 3/10, nhiệt độ phản ứng từ 300 –
450oC. Xác định hiệu suất sản phẩm thu được;
-
Phân huỷ rác thải bao nylon trên các xúc tác NaHCO3, Na2CO3 và CaCO3
với tỷ lệ xúc tác/PE thay đổi từ 0,5/10 đến 3/10, nhiệt độ phản ứng từ 300 –
450oC. Xác định hiệu suất sản phẩm thu được;
-
Đánh giá hiệu quả của quá trình craking xúc tác kiềm đối với
quá trình phân huỷ bao nylon rác thải thành hydrocacbon lỏng.
3.5 Phương pháp thực nghiệm
3.5.1 Hệ thiết bị phân huỷ RBN
Hệ thiết bị phân huỷ
RBN được chế tạo theo lò phản ứng gián đoạn (từng mẻ), công suất 100g BNR/mẻ.
Thiết bị phản ứng có khả năng điều chỉnh nhiệt độ tự động theo chế độ cài đặt của
người sử dụng. Thiết bị phản ứng gắn liền với thiết bị thu nhận sản phẩm, có khả
năng làm lạnh sâu (–3oC) để có thể thu được các sản phẩm hydrocarbon
nhẹ.
3.5.2 Xác định hoạt tính của các chất xúc tác
-
Phân huỷ PE bằng nhiệt
trên hệ thí nghiệm 50g/mẻ;
-
Phân huỷ PE 10 – 50 g/mẻ
trên các xúc tác tổng hợp: với khối lượng xúc tác, nhiệt độ phân huỷ và thời
gian phân huỷ khác nhau tạo thành hydrocarbon có trọng lượng phân tử thấp hơn.
Xác định điều kiện tối ưu của chế độ công nghệ phân huỷ;
-
Phân huỷ BNR 10 – 50
g/mẻ trên các xúc tác tổng hợp dựa trên điều kiện đã xác định từ quá trình phân
huỷ PE để tạo thành hydrocarbon có trọng lượng phân tử thấp hơn,…Xác định lại
điều kiện tối ưu của chế độ công nghệ phân huỷ.
3.5.3 Đánh giá sản phẩm
-
Sản phẩm
phân huỷ của BNR được thu nhận bằng hệ thống bẫy lỏng, khí làm lạnh sâu;
-
Khối lượng
sản phẩm hydrocarbon lỏng, rắn và cặn tro được xác định bằng phương pháp trọng
lượng;
-
Định danh
các hydrocabon lỏng thu được bằng phân tích GC/MS;
-
Phân tích
các tính chất lý hóa của sản phẩm lỏng: tỷ trọng, độ nhớt;
-
Xác định
thành phần khí thải bằng GC/MS.
4. THỜI GIAN THỰC HIỆN
Từ năm 06/11/2012 đến
năm 26/02/2013.
Nơi tiến hành thí nghiệm:
Phòng Dầu Khí – Xúc Tác, Viện Công Nghệ Hóa Học, Số 01 Mạc Đĩnh Chi, quận 1,
Thành phố Hồ Chí Minh.
5. SƠ LƯỢC
VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU
5.1 Các
nghiên cứu trong nước
Nhìn chung, hiện tại
trong nước chưa có các kết quả thông báo về nghiên cứu quá trình phân huỷ bao
nylon rác thải trên xúc tác kiềm tính.
5.2 Các
nghiên cứu nước ngoài
M. Rasul Jan, Jasmin Shah, Hussain Gulab
(2010), Pakistan, ”Xúc tác phân hủy rác thải polyethylene thành sản phẩm dầu sử
dụng xúc tác BaCO3”. Nghiên cứu sử dụng rác thải PE dạng HDPE với
xúc tác BaCO3 trong điều kiện nhiệt độ, tỷ lệ khối lượng xúc tác/PE
và thời gian phản ứng khác nhau, so sánh xúc tác BaCO3 với MgCO3,
và CaCO3. Sản phẩm thu được đem phân tích bằng GC/MS: sử dụng cột HP-5 (30 m ´ 0,32 mm, với chiều dày lớp phim là 0,25 μm), khí mang là
Helium, nhiệt độ lò phản ứng là 40oC và giữ trong 10 phút, nhiệt độ
chương trình là 240oC, tăng nhiệt độ 4oC/phút và giữ
trong 10 phút, nhiệt độ injector là 250oC và detector 270oC,
tốc độ dòng thổi là 1 ml/phút, khối phổ m/z được ghi nhận từ cực tiểu đến cực đại với EI+ theo
phương pháp ion hóa và khối phổ được ghi lại ở 70 eV và ASTM. Điều kện tối ưu
cho phản ứng là nhiệt độ 450oC, tỷ lệ khối lượng xúc tác/PE bằng 0,1
và thời gian phản ứng là 2 giờ. Kết quả đạt được là: đối với ảnh hưởng của nhiệt
độ đến độ chọn lọc thì theo thứ tự tăng dần như sau: MgCO3 (35,49%)
< CaCO3 (35,58%) < BaCO3 (36,36%) còn đối với hiệu suất dầu tạo thành thì giảm
dần theo thứ tự sau: MgCO3 (33,60%) > CaCO3 (32,20%)
> BaCO3 (29,60%). Đối với ảnh hưởng của khối lượng xúc tác: tăng
dần khối lượng xúc tác từ 0,5 g, 1,0 g, 1,5 g và 2,0 g, giữ cố định lượng PE là
5 g thì có sự giảm nhẹ đối với tổng phần trăm quá trình chuyển hóa, như vậy thì
tỷ lệ khối lượng xúc tác/PE bằng 0,1 là tối ưu. Đối với ảnh hưởng của thời
gian: thực hiện ở nhiệt độ 450oC, tỷ lệ khối lượng xúc tác/PE bằng
0,1 trong thời gian 0,5 giờ, 1,0 giờ, 1,5 giờ, 2,0 giờ, 2,5 giờ và trong 3,0 giờ.
Kết quả là tổng độ chuyển hóa tăng lên từ
0,5 giờ đến 2,0 giờ cùng với sự gia tăng độ chọn lọc dầu và hiệu suất tạo thành
dầu. Độ chuyển hóa đạt 96% trong 2,0 giờ nhưng ở khoảng thời gian 2,5 giờ và
3,0 giờ thì độ chuyển hóa tăng không đáng kể. Như vậy thì phản ứng đã hoàn tất
trong 2,0 giờ và thời gian tối ưu là trong 2,0 giờ. Kết quả phân tích ASTM đối
với hệ xúc tác thì sản phẩm dầu chủ yếu chứa một lượng lớn các hydrocarbon nhẹ
và một lượng nhỏ hydrocarbon nặng (52% xăng ở nhiệt độ 180oC, 28% dầu
kerosene trong khoảng nhiệt độ 180 – 250oC, 20% dầu disel trong khoảng nhiệt độ 250 – 280oC), trong khi đó nếu không sử dụng xúc tác
thì cho kết quả ngược lại.
D.W. Parka, E.Y. Hwang, J.R. Kim, J.K.
Choi, Y.A. Kim, H.C. Woo (1998), South Korea. ”Phân hủy xúc tác Polyethylene trên nền xúc
tác acid”. Nghiên cứu sử dụng vật liệu HDPE và hiện trong thực hiện trong lò phản
ứng với dòng nitrogen (tốc độ dòng 100 –
150 ml/phút). Xúc tác sử dụng là xúc tác acid Silica-Alumina (SA) dạng vô định hình có khích thước lỗ xốp là 60 –100 Å và zeolite (HZSM-5,
zeolite tự nhiên (HNZ), zeolite-Y). Nhiệt độ
phản ứng là 450 –500oC. Sản phẩm
khí và các sản phẩm chưng cất phân đoạn được phân tích bằng GC/MS. Kết quả cho thấy là khi sử dụng xúc tác ở nhiệt độ 450oC
trong 1 giờ thì sản phẩm hydrocarbon phân bố tập trung vào khoảng từ C4–C13 và chứa một lượng lớn iso-paraffin và các hợp chất thơm
trong khi đó thì phân hủy nhiệt sản phẩm
thành có sự phân bố tử C3–C26.
Trong các loại xúc tác thì HZSM-5 tạo ra lượng
chất thơm chiếm 75% và chỉ số RON (Research Octane Number) là 93,3. Trong khi đó thì SA và HNZ chứa lượng olefin cao
hơn lượng chất thơm (đối với SA lượng olefin chiếm 49,9% và HZN là 50,1%) và chỉ
số RON trên 80% (đối với SA là 87,4 và HZN là 90,7) Như vậy thì cả ba loại xúc
tác SA, HNZ và HZSM-5 có ảnh hưởng mạnh mẽ tới
quá trình chuyển hóa PE thành các khí xăng, dầu.
Y.-H. Lin, M.-H. Yang (2006),
Taiwan, ”Xúc tác hóa học nhằm tái chế rác thải Polymer: Xúc tác chuyển đổi
Polypropylene thành dầu và các chất hóa học trên hệ xúc tác FCC trong lò hóa lỏng”.
Tốc độ dòng nirogen là 600 ml/phút.Tỷ lệ polymer/xúc tác là 30%. Nhiệt độ tối
ưu là 390oC, hiệu suất chuyển hóa thành sản phẩm khí và hydrocarbon
lỏng là 87,8% khối lượng (trong đó khí
là 26,9%, chất lỏng là 60,9%) trong 30 phút cao hơn so với silicate là 17,1%
(trong đó khí là 10,2%, chất lỏng là 6,9%). Sản phẩm lỏng có tính chọn lọc cao
với hàm lượn olefin là 61% từ C3–C7. Ở nhiệt độ 450°C, đối với xúc tác silicate thì hàm lượng
khí tạo thành là 21,2%, lỏng là 18,7%, phần rắn dư là 60,1% còn đối với FCC thì
hàm lượng khí tạo thành là 34,2%, lỏng là 56,7%, phần rắn dư là 9,1%. Như vậy,
đối với việc phân huỷ PP bởi xúc tác FFC thì nhiệt độ thích hợp là từ 330 – 450oC trong đó nhiệt
độ tối ưu là 390oC.
J. Schirmer, J.S. Kim , E. Klemm (2000), Germany, ”Phân huỷ xúc tác Polyethylene sử dụng phân tích
nhiệt trọng lượng”. Xúc tác sử dụng là HZSM-5
(có kích thước từ 1 – 3 μm) và Zeolite-Y (có kích thước từ 0,5 μm) . Sản phẩm dầu sau khi chưng cất
phân đoạn được phân tích bằng GC/MS còn đối với
pha khí thì phân tích bằng GC–TCD. Nhiệt độ tối
ưu là 440oC đối với xúc tác và 490oC đối với không có xúc
tác. Tỷ lệ PE/HZSM-5 là 70:1 còn đối với PE
Zeolite-Y là 30:1. Thời gian phản ứng là 4 giờ.
Kết quả là khi không có xúc tác sản phẩm khí C1–C4 tạo thành là 11,68%, hydrocarbon C5–C15 là 21,88%, hydrocarbon lớn hơn C5 là
65,76%. Đối với xúc tác HZSM-5 sản phẩm khí C1–C4 tạo thành là 25,74%, hydrocarbon C5–C15 là 67,28%, hydrocarbon lớn hơn C5 là
6,98%. Đối với xúc tác Zeolite-Y sản phẩm khí
C1–C4 tạo thành là
7,61%, hydrocarbon C5–C15
là 60,35%, hydrocarbon lớn hơn C5 là 32,05%.
6. TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN
STT
|
Nội dung
|
Thời gian
|
Ghi chú
|
1
|
-
Liên hệ xin thực tập.
-
Thu thập tài liệu liên quan.
-
Chuẩn bị vật tư, thiết bị,...
-
Thiết lập, làm quen với mô hình nghiên
cứu.
|
06/11/2012 – 15/11/2012
|
|
2
|
-
Vận hành thử nghiệm hệ thống với mẫu khống,
kiểm tra độ kín.
-
Vận hành mô hình nghiên cứu, thực hiện
phản ứng phân hủy nhiệt polyethylene, thu thập mẫu sản phẩm hydrocarbon sáp từ
các sản phẩm nhựa như: muỗng nhựa, đế nhựa lót chai thủy tinh, bao bì nylon,…
|
16/11/2012 – 7/12/2012
|
|
3
|
-
Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và thời
gian phản ứng đến quá trình phân hủy polyethylene sạch.
-
Phân hủy mẫu hydrocarbon sáp đã thu được
trên các xúc tác kiềm thành hydrocarbon lỏng.
-
Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và thời
gian phản ứng đến quá trình phân hủy polyethylene rác thải.
-
Phân hủy mẫu hydrocarbon sáp từ polyethylene
rác thải trên các xúc tác kiềm thành hydrocarbon lỏng.
-
Xác định các điều kiện tối ưu cho quá
trình phân huỷ polyethylene trên các xúc tác đã chọn.
|
10/12/2012 –22/02/2013
|
|
4
|
-
Kết thúc thực tập.
-
Chuẩn bị, tổng hợp số liệu, tài liệu để
báo cáo kết quả thực tập.
|
25/02/2013 – 28/02/2013
|
|
5
|
-
Tổng hợp số liệu, tài liệu.
-
Phân tích, xử lí số liệu.
-
Nhận xét, giải thích các biểu bảng, số
liệu.
-
Viết luận văn tốt nghiệp.
|
01/03/2013 trở đi
|
Đăng nhận xét