Nghiên ứu quá trình chuyển hóa đĩa quang thải thu hồi monomer bằng phương pháp chuyển hóa thân thiện môi trường

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - HỒNG VĂN NAM NGHIÊN CỨU Q TRÌNH CHUYỂN HÓA ĐĨA QUANG THẢI THU HỒI MONOMER BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN HĨA THÂN THIỆN MƠI TRƯỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC Hà Nội – Năm 2018 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17051113839721000000 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - HỒNG VĂN NAM NGHIÊN CỨU Q TRÌNH CHUYỂN HÓA ĐĨA QUANG THẢI THU HỒI MONOMER BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN HĨA THÂN THIỆN MƠI TRƯỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN: TS NGUYỄN ANH VŨ Hà Nội – Năm 2018 DANH MỤC VIẾT TẮT STT Ký hiệu Tên PCB WPCB E - Waste WEEE EC Linh kiện điện tử DMSO Dimethyl sunfoxit BPA PC BFR 10 Et Etanol 11 IS International standard Bảng mạch điện tử Chất thải bảng mạch điện thử Chất thải điện tử Chất thải thiết bị điện, điện tử Bisphenol A Polycarbonate Chất chống cháy chứa Brom MỤC LỤC PHẦN 1: TỔNG QUAN………….…………………………… …………………… ………….5 I Tổng quan chất thải điện tử Khái niệm chất thải điện tử .9 Phân loại chất thải điện tử .9 Thành phần chất thải điện tử Những ảnh hưởng chất thải điện tử tới sức khỏe người 13 Tình hình chất thải điện tử 14 II Polycarbonate 16 Tính chất Polycacrbonate 16 Ứng dụng PC 19 a Linh kiện điện tử 19 b Vật liệu xây dựng 19 c Lưu trữ liệu 20 d Trong công nghiệp ô tô 20 e Điện thoại 20 Bisphenol A 21 a Tính chất Bisphenol A 21 b Ứng dụng bisphenol-A 23 c Độc tính bisphenol A .23 d Phương pháp tổng hợp 24 IV Tổng quan đĩa quang 25 I Giới thiệu đĩa quang 25 Cấu tạo đĩa quang 25 Ý nghĩa trình tái chế đĩa quang 26 Các phương pháp tái chế nhựa từ chất thải điện tử 27 a Phương pháp tái chế vật lý 27 b Phương pháp tái chế nhựa từ chất thải điện tử sử dụng dung môi 28 c Phương pháp tái chế polycarbonate có hỗ trợ vi sóng .32 d Phương pháp nhiệt – hóa học tái chế polycarbonate .34 e Phương pháp thủy luyện [14] 34 f Phương pháp điện phân [21] 37 g Phương pháp tách sinh học [22] 39 Mục tiêu nội dung .41 II Hóa chất dụng cụ thí nghiệm 41 Hóa chất 41 Dụng cụ thí nghiệm .41 Quy trình thực nghiệm 43 a Sơ đồ quy trình 43 b Chuẩn bị nguyên vật liệu .43 c Hòa tan nhựa polycarbonate sử dụng dung môi 43 d Thu hồi monomer bisphenol-A .44 III Các phương pháp phân tích đánh giá sử dụng nghiên cứu thực nghiệm 44 Phương pháp phân tích sắc ký khí -GC 44 Phương pháp phân tích phổ hồng ngoại (IR) .46 PHẦN 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 48 I Khảo sát khả hòa tan đĩa quang thu hồi BPA loại dung môi 48 II Khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ Glycerin/nước tới khả thu hồi BPA 49 III Khảo sát ảnh hưởng xúc tác .50 IV Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ 52 V Khảo sát ảnh hưởng thời gian phản ứng 55 VI Điều kiện phản ứng tối ưu thực phản ứng chuẩn 57 VII Kết phân tích 57 Kết phân tích phổ hồng ngoại IR 57 Kết phân tích sắc ký .60 VIII Phân tích sản phẩm 62 Lượng BPA thu 62 Kết tinh thu hồi BPA 67 KẾT LUẬN 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng I.1 Nguồn gốc tác hại chất thải nguy hại [10] 10 Bảng II.1: Một số thông số Polycarbonate 18 Bảng II.2: Một số thông số vật lý Bisphenol A 22 Bảng III.1: Bảng điều kiện phân tích GC 46 Bảng I.1: So sánh khả thu hồi BPA nhiều dung môi khác 48 Bảng II.1: Khảo sát ảnh hưởng thành phần dung môi Glycerin/nước đến khả thu hồi BPA 49 Bảng III.1: Bảng tỷ lệ xúc tác NaOH hỗn hợp nguyên liệu đầu 50 Bảng III.2: Kết khảo sát ảnh hưởng xúc tác 51 Bảng IV.1: Các nhiệt độ khảo sát 52 Bảng IV.2: Kết khảo ảnh hưởng sát nhiệt độ 52 Bảng IV.3: Tỷ lệ chất dung dịch phân tích 54 Bảng IV.4: Kết phân tích GC 54 Bảng IV.5: Lượng BPA thu 54 Bảng V.1: Khảo sát thời gian đến trình 55 Bảng V.2: Kết khảo sát thời gian đến trình 56 Bảng VI.1: Điều kiện tối ưu cho trình 57 Bảng VII.1: Các cấu tử với peak thời gian lưu tương ứng 60 Bảng VIII.1: Kết phân tích mẫu sản phẩm 63 Bảng VIII.2: Kết tính toán lượng BPA thu 63 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình I.1 Thành phần chất thải điện tử 13 Hình II.1 Một đoạn mạch polycarbonate 17 Hình II.2 Cơng thức cấu tạo phân tử Bisphenol A mặt phẳng không gian 21 Hình II.3 Phản ứng tổng hợp bisphenol A 24 Hình IV.1 Ảnh chụp phóng đại bề mặt ghi liệu đĩa quang 25 Hình IV.2 Mặt cắt dọc đĩa CD 26 Hình V.1 Sơ đồ khối trình tuyển tách học 28 Hình V.2 Cơ chế hình thành liên kết hydro nhựa epoxy brom DMSO[17] 29 Hình V.3 Cơ chế phản ứng hịa tan PC điều kiện có kiềm để thu hồi BPA [18] 31 Hình V.4 Cơ chế thủy phân PC 33 Hình V.5 So sánh lượng PC bị phân hủy có vi sóng trường hợp bình thường 33 Hình V.6 Sơ đồ khối trình Ngâm chiết tách kim loại 36 Hình V.7 Sơ đồ q trình hồ tan chọn loc điện phân thu hồi Cu, Pb, Sn 39 Hình II.1 Sơ đồ phản ứng 42 Hình II.2 Đĩa quang sử dụng trình nghiên cứu 42 Hình II.3 Sơ đồ hòa tan đĩa quang tái sinh dung mô 43 Hình III.1 Sơ đồ khối thiết bị sắc ký khí 45 Hình III.1 Đồ thị ảnh hưởng xúc tác đến trình 51 Hình IV.1: Đồ thị ảnh hưởng nhiệt độ đến trình phản ứng 53 Hình V.1: Đồ thị ảnh hưởng thời gian phản ứng tới trình 56 Hình VII.1 Kết phân tích phổ IR dung mơi DMSO 57 Hình VII.2 Phổ IR BPA dung môi DMSO 58 Hình VII.3 Kết phân tích phổ hồng ngoại IR BPA dung mơi DMSO/Glycerin/H2O58 Hình VII.4 Kết phân tích sắc ký BPA 60 Hình VII.5 Cơ chế trình chuyển hóa PC với xúc tác NaOH 61 Hình VIII.1 Sắc ký đồ sản phẩm 62 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn tốt nghiệp này, trước tiên em xin chân thành cảm ơn Thầy giáo hướng dẫn TS Nguyễn Anh Vũ trực tiếp hướng dẫn giúp em hồn thành luận văn Em xin chân thành cảm ơn anh Vũ Văn Ninh, em Nguyễn Thanh Tùng, Bùi Văn Đức, toàn thể nhóm nghiên cứu PC hỗ trợ, tạo điều kiện em hoàn thành đề tài Cuối cùng, em xin cảm ơn thầy cô giáo khoa Kỹ thuật hóa học giảng dạy, bảo giúp đỡ em trình học tập, nghiên cứu thực đề tài Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, 18 tháng 05 năm 2018 Học viên thực Hoàng Văn Nam MỞ ĐẦU Cùng với phát triển khoa học công nghệ, sống người ngày trợ giúp nhiều thiết bị đại, đặc biệt thiết bị điện, điện tử, viễn thông Sự phát triển bùng nổ ngành năm gần tạo lượng phế thải điện tử khổng lồ, gây nhiễm mơi trường Vì việc xử lý loại rác thải yêu cầu cấp thiết xã hội Nhờ có tính ưu việt độ bền lý cao, chịu nhiệt, trơ mặt hóa học khoảng 60 năm qua polycarbonate (PC) đưa vào sử dụng với lượng ngày lớn kỹ thuật dân dụng, đặc biệt ngành công nghệ số Ứng dụng PC ngành cơng nghiệp sản xuất đĩa CD, vỏ máy vi tính vỏ điện thoại di động Mỗi năm có hàng nghìn đĩa CD sản xuất Lượng PC phế thải ngày tăng cao Đây loại chất thải khó phân hủy khơng thân thiện với mơi trường, địi hỏi phải có giải pháp tái chế hợp lý hiệu Trên giới có nhiều hướng nghiên cứu vấn đề gia công lại PC cũ, nhiệt phân để thu nhiên liệu dạng khí lỏng, thủy phân mơi trường kiềm nhiệt độ cao áp suất cao để thu hồi bisphenol A sản phẩm khác Nhưng q trình tái chế thơng thường phải tách loại dung môi toluen hay xylen nên thường gây ô nhiễm môi trường Trong nội dung luận văn này, tiến hành tái chế polycarbonate phương pháp hóa học (sử dụng phương pháp thân thiện với môi trường) để thu hồi monomer Sản phẩm thu sau phản ứng nguyên liệu để sản xuất nhựa epoxy, nhựa alkyl … Điểm luận án dung môi phản ứng dung môi lành tính, gây ảnh hưởng tới mơi trường Như hạn chế ô nhiễm dung mơi gây tiết kiệm chi phí Mục đích đề tài Xây dựng quy trình xử lý đĩa quang thải có nguồn gốc polycarbonat thu hồi sản phẩm Bisphenol A với hiệu suất đạt 90% nguyên liệu đầu độ đạt 95% Nội dung nghiên cứu ➢ Nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố bên như: Nhiệt độ, áp suất, mơi trường phản ứng đến q trình chuyển hóa thu hồi ➢ Thực phản ứng với loại dung môi khác nhau, đưa đánh giá lựa chọn dung mơi tối ưu cho q trình ➢ Phân tích, đánh giá mẫu monomer thu hồi từ trình phản ứng xử lý kết