video

Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 Kỷ yếu khoa học NGHIÊN CỨU TÁCH CHỌN LỌC PLASTIC CHỨA THÀNH PHẦN HALOGEN NGUY HẠI TỪ HỖN HỢP PLASTIC CÓ TRONG CHẤT THẢI ĐIỆN, ĐIỆN TỬ BẰNG PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BỀ MẶT KẾT HỢP FROTH FLOTATION Nguyễn Văn Hiệu*, Võ Thị Xuân Thi, Nguyễn Hữu Tuấn Trường Đại học Tôn Đức Thắng *Tác giả liên lạc: vanhieu12011996@gmail.com TÓM TẮT Nghiên cứu đề cập phương pháp tách nhựa Poly Vinyl Chloride (PVC) chứa halogen nguy hại khỏi hỗn hợp chất thải nhựa thiết bị điện, điện tử Xử lý bề mặt H2O2: Fe2+ froth flotation tách PVC với độ thu hồi tinh khiết lên tới 93,3% Điều kiện tối ưu q trình là: tốc độ khuấy 70 vịng/phút, lưu lượng khí lít/phút, nồng độ H2O2:Fe2+ 4%, thời gian tuyển phút, chất tạo bọt poly propylene glycol ethers ml Như vậy, nghiên cứu cho thấy thành công việc tách chọn lọc PVC khỏi hỗn hợp nhựa từ rác thải thiết bị điện điện tử Lợi nhuận thu tách PVC khỏi hỗn hợp nhựa khoảng triệu đồng Nghiên cứu có ý nghĩa khoa học kinh tế giúp tăng hiệu giảm thiểu vấn đề môi trường việc tái chế nhựa Từ khóa: Tuyển nổi, rác thải điện – điện tử, xử lý bề mặt, tách chọn lọc, halogen nguy hại STUDY OF PLASTIC FILTER SELECTION HAZARDOUS INGREDIENTS IN PLASTIC CONTAINS IN ELECTRIC AND ELECTRICAL WASTES BY SURFACE MECHANISM FOR FROTH FLOTATION Nguyen Van Hieu*, Vo Thi Xuan Thi, Nguyen Huu Tuan Ton Duc Thang University *Corresponding Author: vanhieu12011996@gmail.com ABSTRACT The study involved the separation of Poly Vinyl Chloride (PVC) resins containing hazardous halogens from the plastic waste mixture of electrical and electronic equipment Surface treatment with H2O2: Fe2+ and froth flotation have separated PVC with recovery and purity up to 93.3% The optimum conditions of the process are: stirring speed 70 rpm, air flow liters/min, H2O2: Fe2+ 4%, flotation time minutes, polypropylene glycol ethers ml So, research has shown the success of separating PVC from the plastic mix from waste electrical and electronic equipment The profit from separating ton of PVC from the plastic mixture is about million VNĐ Research is of scientific and economic importance by increasing the efficiency and minimizing the environmental problem of plastic recycling Keywords: Flotation, waste electrical - electronic, surface treatment, selective separation, hazardous halogen 645 Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 TỔNG QUAN Nhựa thành phần quan trọng thiết bị điện, điện tử Nhựa thường bao bọc ngồi thiết bị phận máy móc, làm đế đỡ cho vi mạch,… nhằm cách điện cách nhiệt, bảo vệ an toàn cho người sử dụng Các loại nhựa thường nhẹ có cấu trúc mềm độ bền cao dễ dàng định dạng phù hợp với thiết bị Tỷ trọng nhựa lượng thiết bị điện, điện tử liên tục tăng từ khoảng 14% (1980) lên 18% vào năm 1992, 23% vào năm 2005 Thành phần nhựa WEEE châu Âu ước tính 20,6% (2008) Các thành viên thuộc diễn đàn WEEE thu thập xử lý khoảng 1,5 triệu WEEE năm 2008, thu hồi xử lý khoảng 300.000 chất thải bao gồm hỗn hợp loại nhựa khác [4] Theo báo vật liệu nhựa chiếm từ 30 – 50% (w/w) trọng lượng WEEE, bao gồm styrenics (acrylonitrile butadiene styrene (ABS), high impact polystyrene (HIPS), polystyrene (PS), styrene-acrylonitrile (SAN)), polylefin polypropylene (PP), hight density polyethylene (HDPE), low density polyethylene (LDPE)), nhựa kỹ thuật (polyvinyl chloride (PVC), polycarbonate (PC), polyurethane (PU), polyamide (PA), Poly Oxy Methylene (POM)) WEEE chứa loạt yếu tố khác nhau, nhiều số vấn đề mơi trường vấn đề nghề nghiệp, chất ô nhiễm hữu khó phân hủy sinh học (persistent organic pollutants, POP) tiền chất tiềm POP [5] Tái chế WEEE làm tăng số vấn đề môi trường nghề nghiệp: phthalates, Pb, Cd, Hg pin Ba, Pb, Hg nguyên Kỷ yếu khoa học tố đất (REE) chứa chất thải rắn lọc khỏi bãi thải; BFRs polychlorobiphenyls (PCBs) có tụ điện lan môi trường đốt cháy Nếu chất độc hại sử dụng, chất thải điện tử tái sử dụng tốt tái chế để giảm tác động môi trường chúng [5] Nhiều phương pháp áp dụng cho việc tách nhựa dựa loại nhựa, cấu trúc hóa học mật độ điển hình chúng bao gồm tách trọng lực, lọc khí (phương pháp trọng lực khơ), cách ly triboelectric [9], [10] tách tự động xác định phổ liên kết [11] Triboelectrostatic separation: Sử dụng dòng điện chiều 400kV để phân tách hỗn hợp nhựa ABS, PS, PP [12] Nhiều kỹ thuật tác động lên bề mặt sử dụng để xử lý bề mặt nhựa tạo điều kiện thuận lợi cho việc phân tách cách sử dụng kỹ thuật tuyển bọt kết hợp xử lý bề mặt Froth flotation (tuyển nổi) trình tách riêng plastic khả thấm ướt bề mặt khác với plastic cịn lại Nói chung, tất loại nhựa có bề mặt kỵ nước tự nhiên dễ dàng với trợ giúp bọt khí Hệ thống xử lý lựa chọn phải làm loại nhựa ưa nước để tương tác với bọt khí hệ thống tuyển Điều đạt cách thêm thuốc thử phản ứng với lớp bề mặt nhựa Tính kỵ nước ưa nước hai yếu tố áp dụng kỹ thuật tuyển để tách nhựa Do đó, hầu hết phương pháp cố gắng điều chỉnh bề mặt nhựa để tạo bề mặt ưa nước thay đổi lớp phủ gốc kỵ nước liên kết ưa nước phù hợp cho việc tuyển Qua việc tìm hiểu phương pháp 646 Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 xử lý bề mặt phương pháp tách hỗn hợp nhựa khác cho thấy hầu hết phương pháp cần thời gian xử lý bề mặt hỗn hợp nhựa sau tiến hành tách mẫu nhựa riêng biệt Để trình tách hỗn hợp nhựa gồm loại (ABS, PC, PP, PVC, PPO) nhanh chóng tiết kiệm thời gian, nhóm nghiên cứu lựa chọn phương pháp xử lý bề mặt kết hợp froth flotation đồng thời để tách loại nhựa (PVC) hỗn hợp nhựa Phương pháp xử lý bề mặt (H2O2/Fe2+) hỗn hợp nhựa kết hợp trình froth flotation tiến hành đồng thời nhanh chóng so với phương pháp khác, hỗn hợp chất thải q trình xử lý khơng độc hại dễ xử lý Mặt khác phương pháp giúp tiết kiệm chi phí q trình thực phân tách VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Vật liệu Nhựa WEEE sau tiêu dùng, Acrylonitrile-butadienestyrene (ABS), Polyvinylchloride (PVC), Polycarbonate (PC), Polypropylene (PP), Polyphenylene Oxide (PPO), mua từ chợ đồ điện cũ quận Phú Nhuận, thành phố Hồ Chí Minh Các mẫu nhựa phế thải cắt nhỏ với kích thước 10mm × 10mm, rửa nước máy sấy khơ nhiệt độ phịng (25oC) Màu PVC, ABS, PC, PP, PPO tương ứng màu trắng, trắng ngà, đen, tím xám xanh, giúp phân tích hiệu q trình tách chọn lọc nhựa dễ dàng Hóa chất sử dụng để xử lý bề mặt, cụ thể dung dịch Fenton kết hợp hydrogen peroxide H2O2 50% phèn sắt (FeSO4.7H2O) (30 mg/l) pha loãng nước cất với tỷ lệ thể tích H2O2:Fe2+ 1:5 để nồng độ H2O2 khác (0% - 5%) Kỷ yếu khoa học Polypropylene glycol ethers chọn chất phụ trợ để tạo bong bóng khí tuyển giá rẻ, hiệu độ ổn định bọt Quá trình tuyển thực hệ thống froth flotation Hệ thống froth flotation gồm cột thủy tinh (glass chamber) thiết kế với chiều cao 320 mm đường kính bên 90 mm để vận hành thí nghiệm tuyển nổi, lõi ceramic làm khuếch tán dịng chảy lắp đặt phía để tạo bọt khí đồng Để tạo ổn định lượng bong bóng khí tuyển nổi, máy bơm khơng khí nhãn hiệu HAILEA điều chỉnh với tốc độ dịng khí tối đa 2-5 lít/phút Máy thổi khí cung cấp dịng khí thơng qua phân phối khí đặt đáy bình thủy tinh với vận tốc thổi – lít/phút để tạo bọt bóng khí Một máy khuấy hiệu Panasonic sản xuất Nhật Bản với tốc độ khuấy 70 vòng/phút lắp hệ thống nhằm đảo trộn mẫu nhựa giúp tiếp xúc với bọt khí Chất Polypropylene glycol ethers thêm vào trình tuyển giống chất phụ trợ tạo bọt Các mẫu nhựa xử lý Fenton bình thủy tinh 1200 ml để nghiên cứu tách chọn lọc plastic ảnh hưởng xử lý bề mặt với Fenton độ nhựa phế thải Khi thí nghiệm tuyển nổi, mẫu nhựa PP, PC, PPO, ABS PVC xử lý dung dịch Fenton với nồng độ từ – 5% lần Thí nghiệm tuyển tiến hành điều kiện nồng độ H2O2 (0%); 2,25mg/15ml (1%); 4mg/30ml (2%); 6,75mg/45ml (3%); 9mg/60ml (4%); 11,25mg/75ml (5%); điều kiện có khuấy khơng khuấy trộn với thời gian tuyển phút Việc xử lý bề mặt kết hợp froth flotation nghiên cứu, giúp ta tách nhựa PVC khỏi hỗn hợp nhựa với mơ hình thí nghiệm, dễ thực hiện, 647 Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 dễ áp dụng thực tiễn, tiết kiệm chi phí thân thiện mơi trường Phương pháp tính tóa n Hiệu q trình tách chọn lọc PVC từ hỗn hợp nhựa rác thải điện, điện tử tính tóa n dựa độ thu hồi độ tinh khiết thành phần chìm plastic Trong đó, phần tổng số lượng plastic mặt chất lỏng, phần chìm tổng plastic chìm xuống đáy bình Kết báo cáo giá trị trung bình lần thí nghiệm tương ứng với điều kiện nghiên cứu KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Quá trình tuyển điều kiện khơng khuấy, có sục khí thực với tốc độ sục khí lít/phút, polypropylene glycol ethers 1ml, nhiệt độ phòng (25oC), dung dịch H2O2/Fe2+ với nồng độ từ 0% đến 5% Sau tiến hành thí nghiệm, ta nhận thấy tỷ lệ lớn nhựa PVC chìm nhựa khác như: PP, PPO, PC, ABS gần hoàn toàn Trong điều kiện không khuấy, ta nhận thấy tỷ lệ nhựa cao Độ tinh khiết PVC cao (trên 50%) so với loại nhựa lại Độ tinh khiết loại nhựa (PC, PP, ABS, PPO) thấp mức 40% Đối với nhựa PC, độ thu hồi nhựa PC giảm tăng nồng độ H2O2 từ 0% đến 4%, nồng độ 5% độ thu hồi tăng lại Điều cho thấy nồng độ nồng độ 4% hiệu xử lý bề mặt nhựa PC cao độ tinh khiết nhựa PC thấp nên chưa thể tách nhựa PC khỏi hỗn hợp Với nhựa PP, ngược lại, độ thu hồi nhựa PP tăng ta tăng nồng độ H2O2 Tại nồng độ 4% độ thu hồi nhựa PP cao nhất, điều cho thấy nồng độ 4% số lượng nhựa PP nhiều so với Kỷ yếu khoa học nồng độ khác, cho thấy nồng độ ảnh hưởng tới nhựa PP làm tăng khả kỵ nước nhựa Về độ thu hồi nhựa ABS tăng nhiều tăng nồng độ H2O2, tăng từ 60% đến 90% nồng độ từ 0% đến 5% , giúp cho ta thấy việc thay đổi nồng độ H2O2 có tác động lên nhựa ABS Sự thay đổi độ thu hồi PPO không thay đổi nhiều, nghĩa thay đổi nồng độ H2O2 khơng ảnh hưởng đến tính chất kỵ nước nhựa PPO Về phần nhựa PVC, ta nhận thấy nồng độ 4%, độ tinh khiết nhựa PVC đạt giá trị cao với gần 60%, độ thu hồi đạt giá trị tuyệt đối 100% Độ tinh khiết PVC tăng theo nồng độ H2O2 từ 0% đến 4%, nhiên nồng độ H2O2 5% độ tinh khiết PVC lại giảm xuống Như nồng độ 4% trình xử lý bề mặt nhựa PVC hiệu nhất, độ tinh khiết PVC chưa cao điều chứng tỏ xử lý bề mặt kết hợp với Froth Flotation giúp tách PVC hỗn hợp nhựa KẾT LUẬN Trong nghiên cứu này, tách chọn lọc nhựa PVC khỏi hỗn hợp nhựa sau xử lý bề mặt kết hợp froth flotation đánh giá theo quy mơ phịng thí nghiệm Với mục đích tách hiệu PVC khỏi hỗn hợp nhựa, điều kiện tối ưu xử lý bề mặt với nồng độ H2O2/Fe2+ 4%, froth flotation có khuấy kết hợp với sục khí nhiệt độ 25oC (khuấy với tốc độ 70 vòng/phút sục khí với vận tốc lít/phút), chất tạo bọt polypropylene glycol ethers thời gian tuyển phút Trong điều kiện tối ưu PVC tách khỏi hỗn hợp cách hiệu xử lý bề mặt kết hợp froth flotation Độ tinh khiết độ thu hồi PVC sản phẩm chìm đạt 93,3% 93,3% tương ứng 648 Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 Xử lý bề mặt Fenton phương pháp thân thiện với môi trường thiết thực để tạo điều kiện tuyển tách chất thải nhựa PVC khỏi hỗn hợp nhựa Phương pháp phát triển nghiên cứu cung cấp hiểu biết kỹ thuật ngành công nghiệp tái chế nhựa phế thải Phân tích kinh tế thể lợi nhuận đáng kể trình phát triển Việc sử dụng giải pháp xử lý bề mặt kết hợp froth flotation khả thi, cho thấy trình xử lý trình Hơn Kỷ yếu khoa học nữa, phân tích kinh tế xác nhận lợi nhuận đáng kể Dựa phát chúng tơi, hợp lý thấy trình thiết thực cho việc tách chất thải nhựa Chất thải nhựa hỗn hợp phức tạp thực tế, khác biệt hỗn hợp thực tế hỗn hợp chủ yếu bao gồm thành phần nhựa loại hỗn hợp Do đó, cần nhiều nỗ lực để áp dụng công việc để tái chế chất thải nhựa TÀI LIỆU THAM KHẢO A BUEKENS AND J YANG, “Recycling of WEEE plastics: A review,” J Mater Cycles Waste Manag., vol 16, no 3, pp 415–434, 2014 H GIÁ, N LIỆU, AND T CẦU, “Báo cáo ngành nhựa 03/2017,” no 08, 2017 C P BALDÉ, F WANG, R KUEHR, AND J HUISMAN, The Global E-Waste Monitor 2014 2015 P WÄGER, M SCHLUEP, E MÜLLER, AND C.-S GALLEN, “RoHS substances in mixed plastics from Waste Electrical and Electronic Equipment,” Empa, pp 1–113, 2010 M ALLSOPP, D SANTILLO, AND P JOHNSTON, “Environmental and Human Health Concerns in the Processing of Electrical and Electronic Waste Greenpeace Research Laboratories,” Environ Health Perspect., p 25, 2006 649