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

Nhưng quá trình tái chế thông thường phải tách loại các dung môi như toluen hay xylen nên thường gây ô nhiễm môi trường.Trong nội dung bản luận văn này, chúng tôi tiến hành tái chế polyc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

HOÀNG VĂN NAM

NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA ĐĨA QUANG THẢI THU HỒI MONOMER BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN HÓA THÂN THIỆN MÔI TRƯỜNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ

KỸ THUẬT HÓA HỌC

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

HOÀNG VĂN NAM

NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA ĐĨA QUANG THẢI THU HỒI MONOMER BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN HÓA

THÂN THIỆN MÔI TRƯỜNG

DANH MỤC VIẾT TẮT

2 WPCB Chất thải bảng mạch điện thử

3 E - Waste Chất thải điện tử

4 WEEE Chất thải thiết bị điện, điện tử

MỤC LỤC

PHẦN 1: TỔNG QUAN………….……… ……… ………….5

I Tổng quan về chất thải điện tử 9

1 Khái niệm chất thải điện tử 9

2 Phân loại chất thải điện tử 9

3 Thành phần chất thải điện tử 9

4 Những ảnh hưởng của chất thải điện tử tới sức khỏe con người 13

5 Tình hình chất thải điện tử hiện nay 14

II Polycarbonate 16

1 Tính chất của Polycacrbonate 16

2 Ứng dụng của PC 19

a Linh ki ện điệ ử n t 19

b V t li u xây d ng 19 ậ ệ ự c Lưu trữ ữ ệ d li u 20

d Trong công nghi p ô tô 20 ệ e Điệ n tho i 20 ạ 3 Bisphenol A 21

a Tính chất của Bisphenol A 21

b Ứng dụng của bisphenol-A 23

c Độc tính của bisphenol A 23

d Phương pháp tổng hợp 24

IV Tổng quan về đĩa quang 25

1 Giới thiệu về đĩa quang 25

2 Cấu tạo đĩa quang 25

3 Ý nghĩa quá trình tái chế đĩa quang 26

4 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 sự hỗ trợ của 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

I Mục tiêu và nội dung 41

II Hóa chất và dụng cụ thí nghiệm 41

1 Hóa chất 41

2 Dụng cụ thí nghiệm 41

3 Quy trình thực nghiệm 43

a S ơ 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 trong nghiên cứu thực nghiệm 44

1 Phương pháp phân tích bằng sắc ký khí - GC 44

2 Phương pháp phân tích bằng phổ hồng ngoại (IR) 46

PHẦN 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN: 48

I Khảo sát khả năng hòa tan đĩa quang và thu hồi BPA của các loại dung môi 48

II Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệGly cerin/nước tới khả năng thu hồi BPA. 49

III Khảo sát sự ảnh hưởng của xúc tác 50

IV Khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ 52

V Khảo sát sự ảnh hưởng của thời gian phản ứng 55

VI Điều kiện phản ứng tối ưu và thực hiện phản ứng chuẩn 57

VII. Kết quả phân tích 57

1 Kết quả phân tích phổ hồng ngoại IR 57

2 Kết quả phân tích sắc ký 60

VIII Phân tích sản phẩm 62

1 Lượng BPA thu được 62

2 Kết tinh thu hồi BPA 67

KẾT LUẬN 68

TÀI LIỆU THAM KHẢO 69

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng I.1 Nguồn gốc và tác hại của chất thải nguy hại [10] 10

Bảng II.1: Một số thông số của Polycarbonate 18

Bảng II.2: Một số thông số vật lý của Bisphenol A 22

Bảng III.1: Bảng điều kiện phân tích GC 46

Bảng I.1: So sánh khả năng thu hồi BPA bằng nhiều dung môi khác nhau 48

Bảng II.1: Khảo sát ảnh hưởng thành phần dung môi Glycerin/nước đến khả năng thu hồi BPA 49

Bảng III.1: Bảng tỷ lệ xúc tác NaOH trong hỗn hợp nguyên liệu đầu 50

Bảng III.2: Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của xúc tác 51

Bảng IV.1: Các nhiệt độ khảo sát 52

Bảng IV.2: Kết quả khảo sự ảnh hưởng sát nhiệt độ 52

Bảng IV.3: Tỷ lệ các chất trong dung dịch phân tích 54

Bảng IV.4: Kết quả phân tích GC 54

Bảng IV.5: Lượng BPA thu được 54

Bảng V.1: Khảo sát thời gian đến quá trình 55

Bảng V.2: Kết quả khảo sát thời gian đến quá trình 56

Bảng VI.1: Điều kiện tối ưu cho quá trình 57

Bảng VII.1: Các cấu tử với các peak tại thời gian lưu tương ứng 60

Bảng VIII.1: Kết quả phân tích mẫu sản phẩm 63

Bảng VIII.2: Kết quả tính toán lượng BPA thu được 63

DANH MỤC HÌNH ẢNH

H nh I.1 ì Thành phần chất thải điện tử 13

H nh II.1 ì Một đoạn mạch polycar bonate 17

H nh II.2 ì Công thức cấu tạo phân tử Bisphenol A trong mặt phẳng và trong không gian 21

H nh II.3 ì Phản ứng tổng hợp bisphenol A 24

H nh IV.1 ì Ảnh chụp phóng đại bề mặt ghi dữ liệu của một đĩa quang 25

H nh IV.2 ì Mặt cắt dọc đĩa CD 26

H nh V.1 ì Sơ đồ khối của quá trình tuyển tách cơ học 28

H nh V.2 ì Cơ chế hình thành liên kết hydro giữa nhựa epoxy brom và DMSO[17 29 ].

H nh V.3 ì Cơ chế phản ứng hòa tan PC trong điều kiện có kiềm để thu hồi BPA [18] 31

H nh V.4 ì Cơ chế thủy phân PC 33

H nh V.5 ì So sánh lượng PC bị phân hủy khi có vi sóng và trường hợp bình thường 33

H nh V.6 ì Sơ đồ khối quá trình Ngâm chiết tách kim loại 36

H nh V.7 ì Sơ đồ quá trình hoà tan chọn loc và điện phân thu hồi Cu, Pb, Sn 39

H nh II.1 ì Sơ đồ phản ứng 42

H nh II.2 ì Đĩa quang được sử dụng trong quá trình nghiên cứu 42

H nh II.3 ì Sơ đồ hòa tan đĩa quang và tái sinh dung mô 43

H nh III.1 ì Sơ đồ khối thiết bị sắc ký khí 45

H nh III.1 ì Đồ thị sự ảnh hưởng của xúc tác đến quá trình 51

H nh IV.1 ì : Đồ thị sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình phản ứng 53

H nh V.1 ì : Đồ thị sự ảnh hưởng của thời gian phản ứng tới quá trình 56

H nh VII.1 ì Kết quả phân tích phổ IR của dung môi DMSO 57

H nh VII.2 ì Phổ IR của BPA trong dung môi DMSO 58

H nh VII.3 ì Kết quả phân tích phổ hồng ngoại IR của BPA trong dung môi DMSO/Glycerin/H2O 58 H nh VII.4 ì Kết quả phân tích sắc ký của BPA 60

H nh VII.5 ì Cơ chế quá trình chuyển hóa PC với xúc tác NaOH 61

H nh VIII.1 ì Sắc ký đồ của 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 đã trực tiếp hướng dẫn và giúp em có thể hoàn thành luận văn này

Em cũng xin chân thành cảm ơn anh Vũ Văn Ninh, em Nguyễn Thanh Tùng, Bùi Văn Đức, cùng toàn thể nhóm nghiên cứu PC đã hỗ trợ, tạo điều kiện và cùng

MỞ ĐẦU

Cùng với sự phát triển của khoa học và công nghệ, cuộc sống của con người ngày càng được trợ giúp nhiều hơn bởi các thiết bị hiện đại, đặc biệt là các thiết bị điện, điện tử, viễn thông Sự phát triển bùng nổ của những ngành này trong những năm gần đây đã tạo ra lượng phế thải điện tử khổng lồ, gây ô nhiễm môi trường Vì vậy việc xử lý loại rác thải này đang là yêu cầu cấp thiết của xã hội

Nhờ có những tính năng ưu việt như độ bền cơ lý cao, chịu nhiệt, trơ về mặt hóa học trong khoảng 60 năm qua polycarbonate (PC) đã được đưa vào sử dụngvới lượng ngày càng lớn trong kỹ thuật và dân dụng, đặc biệt là trong ngành công nghệ số Ứng dụng chính của PC trong ngành công nghiệp này là sản xuất đĩa CD,

vỏ máy vi tính và vỏ điện thoại di động Mỗi năm có hàng nghìn tấn đĩa CD đượcsản xuất Lượng PC phế thải cũng ngày càng tăng cao Đây là loại chất thải khó phân hủy và không thân thiện với môi trường, vì vậy đòi hỏi phải có các giải pháp tái chế hợp và hiệu quả Trên thế giới hiện nay đã có nhiều hướng nghiên cứu về lý vấn đề này như gia công lại PC cũ, nhiệt phân để thu nhiên liệu dạng khí hoặc lỏng, thủy phân trong môi trường kiềm ở nhiệt độ cao và áp suất cao để thu hồi bisphenol

A và các sản phẩm khác Nhưng quá trình tái chế thông thường phải tách loại các dung môi như toluen hay xylen nên thường gây ô nhiễm môi trường

Trong nội dung bản luận văn này, chúng tôi tiến hành tái chế polycarbonate bằng phương pháp hóa học (sử dụng phương pháp thân thiện với môi trường) để thu hồi monomer Sản phẩm thu được sau phản ứng là nguyên liệu để sản xuất nhựa epoxy, nhựa alkyl … Điểm mới của luận án là dung môi của phản ứng là những dung môi lành tính, ít gây ảnh hưởng tới môi trường Như vậy sẽ hạn chế được sự ô nhiễm do dung môi gây ra và tiết kiệm được chi phí

Mục đích của đề tài

Xây dựng quy trình xử lý đĩa quang thải có nguồn gốc polycarbonat và thu hồi được sản phẩm Bisphenol A với hiệu suất đạt trên 90% trong nguyên liệu đầu và độ sạch đạt 95%

Nội dung nghiên cứu

➢ Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố bên ngoài như: Nhiệt độ, áp suất, môi trường phản ứng đến quá trình chuyển hóa thu hồi

➢ Thực hiện phản ứng với các loại dung môi khác nhau, đưa ra đánh giá

và lựa chọn dung môi tối ưu nhất cho quá trình

➢ Phân tích, đánh giá mẫu monomer thu hồi được từ quá trình phản ứng

và xử lý kết quả

PHẦN 1: TỔNG QUAN

I T ng quan v ổ ề chất thả i đi ệ n tử

1. Khái niệm chất thải điệ n tử

Các thiết bị điện tử và điện gia dụng thải bao gồm toàn bộ các thành phần, từng cụm thiết bị đã được lắp ráp là một bộ phận hoặc toàn bộ sản phẩm thiết bị - điện, điện tử tại thời điểm chúng bị thải bỏ (UNEP)

Thiết bị điện, điện tử là chất thải bao gồm toàn bộ các linh kiện, phụ kiện và

có thể sử dụng, là bộ phận cấu thành nên sản phẩm tại thời điểm thải bỏ (EU WEEE Directive)

Chất thải điện tử bao gồm một phạm vi rộng và ngày càng gia tăng của các thiết bị điện tử khác nhau, từ thiết bị gia dụng lớn như tủ lạnh, máy điều hòa, điện thoại, dàn âm thanh và các đồ điện tử tiêu dùng tới máy tính được người dùng thải

bỏ (BASEL) [10]

2. Phân loại ch t thấ ả i đi ệ n tử

Chất thải điện tử gồm có 3 loại chính như sau:

- Nhóm thiết bị điện tử gia dụng lớn như TV, tủ lạnh, máy giặt, điều hòa nhiệt độ, máy tính

- Nhóm các thiết bị gia dụng trung bình và nhỏ, như lò vi sóng, lò nướng, nồi cơm điện, máy sấy, máy hút bụi

- Nhóm các thiết bị nghe nhìn, như mp3 player, CD, DVD player, điện thoại di động, máy quay phim, máy ảnh số

3 Thành ph n chầ ấ t thải điện tử

Chất thải điện tử là một loại chất thải rắn không đồng nhất và phức hợp về vật chất và thành phần Để phát triển hệ thống tái chế thân thiện môi trường và có hiệu quả điều quan trọng là phân loại và nhận dạng vật liệu có giá trị, các chất nguy hại tiếp theo là các đặc trưng vật lý của luồng chất thải điện tử Chất thải điện và điện tử

chứa hơn 1000 chất khác nhau, trong đó có nhiều chất độc hại như: chì, thuỷ ngân, asen, cadmium, selennium, chất chống cháy có khả năng tạo ra dioxin khi cháy Theo quan điểm tái chế có thể phân loại theo 2 nhóm:

➢ Thành phần có giá trị:

Theo Trung tâm Các vấn đề Quản lý Tài nguyên và Chất thải Châu Âu (ETC/RWM), sắt và thép là các nguyên liệu phổ biến nhất trong các thiết bị điện và điện tử và chiếm hơn 50% tổng lượng chất thải điện và điện tử Nhựa là thành phần nhiều thứ hai chiếm xấp xỉ 21%; kim loại khác bao gồm cả kim loại quý hiếm (Al,

Zn, Cu, Pb, Sn, Cr, Au, Ag, Pt, Pd …) chiếm xấp xỉ 13% tổng trọng lượng chất thải điện và điện tử

➢ Thành phần nguy hại:

B ng I.1 Ngu n g c và tác hả ồ ố ại của chất thải nguy h i [10] ạ

TBBA được dùng rộng rãi trong chất chống bắt lửa của bản mạch máy in và phủ lên các bộ phận khác

Gây tổn thương lâu dài đến sức khỏe, gây ngộ độc sâu khi cháy

Polybrom clo

flocacbon

Trong bộ phận làm lạnh, bột cách điện

Khi cháy gây nhiễm độc

Ba Chất thu khí màn hình CRT Gây nổ nếu ẩm ướt

Độc cấp tính và mãn tính

Cr(VI) Băng và đĩa ghi dữ liệu Độc cấp tính và mãn tính,

gây dị ứng Galli asenua Diod phát quang Tổn thương đến sức khỏe

mạch máy in

Gây độc với hệ thần kinh, thận, mất trí nhớ đặc biệt với trẻ em

Hg Trong đèn hình màn hình

LCD, pin kiềm và công tắc

Gây ngộ độc cấp tính và mãn tính

Bụi màu Hộp màu máy in laser, máy

Chất phóng xạ Thiết bị y tế, detector Gây ung thư

Những vấn đề chính liên quan đến polyme tái chế mà không cho phép các r ứng dụng quy mô lớn là sự thay đổi của các thành phần sản phẩm, sự hiện diện của các hỗn hợp polyme và việc sử dụng các chất phụ gia Việc tái chế WEEE đang r thách thức, chủ yếu là do các loại chất thải bao gồm nhiều chủng loại vật liệu khác nhau: kim loại, thủy tinh, elastics và nhựa Nhựa thường chứa các kim loại kết hợp trong cấu trúc của chúng và vì lý do này việc tách và tái chế cơ học của các thành phần chất thải WEEE là một thách thức về kỹ thuật và kinh tế Một phần WEEE

điển hình có chứa 20 30% chất dẻo Các thành phần có thể khác nhau, một ví dụ về

-sự phân hủy từ WEEE thực tế thu được là: acrylonitrile-butadien-styren (ABS) 30%, tác động polystyrene cao (HIPS) 25%, polycarbonate (PC) 10%, PC / ABS 9%, polypropylene (PP) 8%, poly (phenylene ether) (PPE) / HIPS 7%, poly (vinyl clorua) (PVC) 3%, polystyrene (PS) 3%, polyamide (PA) 3%, poly (butylen terephthalate) (PBT) 2% [4, 5] Một biểu đồ của một thành phần WEEE được thể hiện trong hình I.1 [7]

H nh I.1 Thành ph n chì ầ ất thải điện t ử

4. Những ảnh hưởng c a chủ ấ t thả i đi ệ n tử ớ ứ t i s c khỏe con người

Chất thải điện tử không chỉ bao gồm các thiết bị điện công nghiệp mà còn bao gồm các thành phần như: pin, tụ điện, mối hàn, ống đèn huỳnh quang, thủy tinh [7] Tái chế chất thải điện tử đã được thực hiện chính thức và không chính thức ở một số nước như Trung Quốc, Ấn Độ, Ghana, Thái Lan, Việt Nam Tái chế chính thức sử dụng các kỹ thuật, máy móc được thiết kế để tách an toàn các thành phần cần thiết từ các chất thải, nhưng rất tốn kém để xây dựng và vận hành Tuy nhiên kỹ thuật tái chế này không có nhiều tác động đến môi trường Ở nhiều nước

kém phát triển và đang phát triển, nơi mà tài chính là một vấn đề lớn cần quan tâm thì phương pháp tái chế thủ công giá rẻ được ưu tiên Việc này có thể giải phóng một lượng chất gây ô nhiễm ra môi trường, khi tiếp xúc với các chất độc hại có thể gây ra một số ảnh hưởng bất lợi trên nhiều sinh vật và phi sinh vật trong vùng lân cận của nhà máy tái chế [8] Cách phổ biến nhất để phơi nhiễm với các thành phần nguy hại của chất thải điện tử là nuốt phải, tiếp xúc qua da và đường hô hấp, thông qua các con đường ô nhiễm như: đất, nước, thực phẩm và không khí [8] Phụ nữ mang thai, người lao động trong nhà máy tái chế, trẻ em là những đối tượng dễ bị tổn thương nhất khi tiếp xúc chất với chất thải Trẻ em là đối tượng có nguy cơ lớn nhất khi tiếp xúc trực tiếp hoặc do ăn uống.[8]

POPs được hình thành trong quá trình tháo dỡ và luyện kim bao gồm các polychlorinated dibenzofurans, polychlorinated biphenyls và dioxin Hydrocacbon thơm đa vòng được tạo ra do quá trình cháy không hoàn toàn của nhiên liệu như than, khí, dầu [9] Những hydrocacbon được đem vào môi trường trong quá trình đốt cháy các vật liệu chất thải điện tử Các kim loại nặng như chì, cadmium, chromium, thủy ngân, đồng, mangan, niken, asen, kẽm, sắt, nhôm cũng có thể gây một số mối đe dọa nguy hiểm Bảng 1 cho thấy một trương mục ngắn gọn về các mối nguy hiểm khác nhau gây ra do tiếp xúc với các thành phần khác nhau của chất thải điện tử

Có thể thấy rằng, khi tiếp xúc lâu dài với các chất độc hại có thể gây ảnh hưởng nghiêm trọng, thậm chí gây tử vong Do đó quản lý chất thải điển tử là rất quan trọng Việc tái chế lượng rác thải điện tử khổng lồ đang được thực hiện trên khắp thế giới trên một quy mô lớn

5 Tình hình ch t thấ ải điệ n tử hiệ n nay

Rác thải điện tử chứa rất nhiều các kim loại nặng hoặc những hợp chất độc hại với con người và môi trường sống Rác thải điện tử làm ô nhiễm không khí, ô nhiễm đất, ô nhiễm nguồn nước, gây ra các căn bệnh nguy hiểm Chất độc sản sinh ra như

nh ng ch t li u không chữ ấ ệ áy được (chất chống cháy) và các kim lo i n ng c ạ ặ óthể à l

mối nguy cơ đối v i sớ ức khỏe của công nhân s n xu t v nhả ấ à ững người dân sinh

s ng g n cố ầ ác “núi rác ph ” ếthải điện tử

Trong những năm gần đây, số lượng người tiêu dùng và kinh doanh thiết bị điện tử đã tăng lên rất nhiều Theo các nghiên cứu gần đây của các nhà nghiên cứu, việc sản xuất các thiết bị điện và điện tử (WEEE) đang phát triển rất nhanh khoảng 3-5% mỗi năm [2] Ngoài ra những tiến bộ trong công nghệ thông tin và truyền thông, việc tăng tính đa dụng của hầu hết các thiết bị điện tử đã dẫn đến giảm đáng

kể tuổi thọ của các thiết bị điện tử Việc sử dụng ngày càng tăng các thiết bị như Pvậy, cùng với sự lỗi thời của nó đã góp phần vào việc tạo ra các chất thải điện tử ở mức độ lớn Hiện đã có một sự gia tăng đáng kể về số lượng các thế hệ của chất thải điện tử ở Mỹ, EU và các nước đang phát triển như Ấn Độ và Trung Quốc trong thập

kỷ qua [3] Theo báo cáo của Cơ quan Bảo vệ môi trường [4], mỗi hộ gia đình ở Mỹ

sử dụng khoảng 34 thiết bị điện tử và các thiết bị điện, kết quả là tạo ra 5x10^6 tấn chất thải điện tử mỗi năm [4] Đối với EU, người ta ước tính rằng, trung bình mỗi người dân tạo ra khoảng 15 kg chất thải điện tử mỗi năm tạo ra 7x10^6 tấn chất thải [4] Khoảng 8% tổng số rác thải đô thị bắt nguồn từ chất thải của các thiết bị điện và điện tử (WEEE) [3] Ở các nước đang phát triển, như Trung Quốc và Ấn Độ, bình quân đầu người khoảng 1 kg mỗi năm [3] và đang tăng lên nhanh chóng Ngoài ra, lượng chất thải điện tử công nghiệp mới ở các nước đang phát triển cũng đang ngày càng tăng do việc nhập khẩu chất thải điện tử từ các nước phát triển Theo các nghiên cứu gần đây, có tới 50 80% WEEE được tạo ra ở thị trường các nước phát - triển đang được chuyển tới các nước đang phát triển để tái sử dụng và tái chế Chất thải điện tử nếu không được quản lý đúng cách, có thể gây những ảnh hưởng rất nghiêm trọng đến môi trường cũng như các sinh vật sống ở các vùng lân cận Ở hầu hết các quốc gia đang phát triển và kém phát triển, chất thải điện tử được đổ trực tiếp vào đất mà không có bất kỳ xử lý gì; nguyên nhân thường do các quy định môi trường yếu kém và các vấn đề tài chính Điều này làm gia tăng các chất độc hại vào đất, làm cho môi trường đất cằn cỗi và làm ô nhiễm nguồn nước ngầm Do đó, quản

lý WEEE là một vấn đề lớn cần quan tâm ở các nước phát triển cũng như các nước

đang phát triển Để tăng lợi nhuận, tận dụng vật liệu cũ, thân thiện với môi trường, tăng hiệu quả tái chế rác thải điện tử là rất cần thiết và được coi là một thách thức lớn đối với xã hội ngày nay Tái chế chất thải điện tử (PCB) là một đề tài quan trọng không chỉ là việc xử lý chất thải nguy hại mà còn tận dụng nguồn kim loại có giá trị trong chất thải điện tử

Việc sản xuất các thiết bị điện và điện tử ( EEE), bao gồm máy tính cá nhân, Wđĩa compact, TV, tủ lạnh, máy giặt, lò nướng bánh và nhiều mặt hàng sinh hoạt khác, là một trong những khu vực phát triển nhanh nhất của ngành công nghiệp sản xuất hiện nay Sự phát triển nhanh chóng của công nghệ điện và điện tử kết hợp với một vòng đời ngắn của các sản phẩm đã dẫn đến một sự gia tăng liên tục của chất thải điện và thiết bị điện tử (WEEE) Trong EU, chỉ 9.5 triệu tấn đã được xử lý trong năm 2008 và điều này được dự kiến sẽ tăng lên 12,3 triệu tấn trong năm 2020 [1, 2 ] Chất thải điện tử bao gồm các sản phẩm điện tử được sử dụng để xử lý dữ liệu, viễn thông, hoặc giải trí trong các hộ tư nhân và các doanh nghiệp và bây giờ được coi là lỗi thời, hỏng, hoặc không thể sửa chữa Nhiều quốc gia và tổ chức đã xây dựng dự thảo luật pháp quốc gia để cải thiện việc tái sử dụng, tái chế các chất thải này để giảm thiểu phát thải EU đòi hỏi 70 80% WEEEs phải được thu hồi, -nhằm giảm thiểu tỷ lệ chất thải rắn sẽ được chôn lấp hoặc đốt tất cả các loại chất thải (bao gồm cả nhựa) thông qua xử lý nhiệt hoặc cơ khí vào năm 2020

II Polycarbonate

1 Tính ch c a Polycacrbonate ất ủ

Polycarbonate (PC) là tên gọi chung của của một nhóm nhựa nhiệt dẻo (thermoplastics) Tên gọi polycarbonate là do trong phân tử polymer các monomer được liên kết với nhau bằng nhóm cacbonat (-O-CO-O-) tạo thành một mạch phân

tử dài Polycarbonate phổ biến nhất là loại được làm từ Bisphenol A

H nh 1 Mì II ột đoạn mạch polycarbonatePolycarbonate do nhà hoá học người Đức, Eihorn tìm ra lần đầu tiên vào năm

1898 Trong khi điều chế hợp chất cacbonat vòng từ phản ứng của Hiđroquinon với Photgen, Eihorn đã thấy chất rắn không tan, khó nóng chảy Năm 1902, Bischoff và Hedenstom đã xác định được sự liên kết mạch có nhóm cacbonat của hợp chất cao phân tử polycarbonate Đến năm 1953, phòng thí nghiệm của công ty Bayer đã sản xuất được nhựa nhiệt dẻo polycarbonate Năm 1957, cả hai công ty Bayer và General Electric đã độc lập phát triển các ứng dụng của polycarbonate và sản xuất polycarbonate với lượng lớn số Đến mùa hè năm 1960, cả hai công ty đều bắt đầu sản xuất polycarbonate thương mại

Nhựa polycarbonate bền nhiệt, tính chất cơ lý cao, bền hoá học (Bảng II.1) nên được sử dụng rộng rãi trong đời sống như làm vỏ điện thoại di động, vỏ máy vi tính, dụng cụ thể thao, đồ điện, đĩa CD, DVD, đồ dùng gia đình, kính chống đạn, vât liệu chống cháy, cách nhiệt cách âm Trong kỹ thuật hạt nhân được dùng làm , vách che trong lò phản ứng hạt nhân Nhờ có khả năng cho ánh sáng truyền qua tốt nên polycarbonate còn được sử dụng làm nhà kính trồng cây trong nông nghiệp do

có độ trong suốt cao, chiết suất 1,585 ± 0,001, ánh sáng truyền qua 90% ± 1% nên Polycarbonate được sử dụng làm kính chắn, thay thế kính trong các công trình xây dựng, làm tấm lợp lấy sáng, làm đồ trang trí, v.v…

Nhóm cacbonat

B ng 1: Mả II ột số thông s c Polycarbonate ố ủa

Polycarbonate

Mođun đàn hồi (E) 2000-2200 MPa

Tính chất của polycarbonate là tổ hợp tính chất của các cấu tử có mặt trong vật liệu Tính chất của cấu tử polyme trong vật liệu polycarbonate phụr thuộc vào khoảng thời gian, tốc độ và tần số của sự biến dạng hay tải trọng tác dụng lên và được biểu diễn qua cơ tính: Modun xé rách và hệ số Poison đặc trưng cho khả năng chịu biến dạng của vật liệu Độ bền kéo và độ bền nén cho biết khả năng chịu tải của vật liệu Hệ số giãn nở nhiệt đặc trưng cho sự thay đổi kích thước dưới tác dụng của nhiệt độ và tải trọng Ngoài các yêu cầu về tính chất cơ lý còn phải biết các thông sốnhư độ dẫn điện, độ thấm chất lỏng hoặc khí, hệ số khuyếch tán.Tính chất nổi bật của vật liệu polycarbonate so với các vật liệu khác là nhẹ, bền, chịu môi trường, dễ lắp ráp Không giống như hầu hết các nhựa nhiệt dẻo, polycarbonate có thể trải qua biến dạng dẻo lớn mà không bị nứt gãy Vì vậy chúng

được gia công và tạo thành các tấm kim loại kỹ thuật sử dụng ở nhiệt độ phòng, ví

dụ như làm các đường cong trên phanh xe Thậm í để làm những góc uốn cong chsắc nét với bán kính hẹp cũng không cần gia nhiệt

Tính chất cơ lý của vật liệu polycarbonate phụ thuộc các yếu tố sau:

+ Tính chất cơ lý của sợi tăng cường

+ Sự thay đổi hàm lượng sợi – nhựa

+ Khả năng kết hợp giữa pha nhựa và sợi

+ Các khuyết tật và tính không liên tục của nhựa nền

Polycarbonate còn được sử dụng rộng rãi nhờ khả năng tương thích với nhiều loại polyme làm tăng khả năng chịu va đập Blend của polycarbonate r và polybutadien có cơ tính cao trong khoảng nhiệt độ rất rộng Blend có ý nghĩa quan trọng nhất là của Polycarbonate với ABS (Acrylonitrin Butadien Styren) vì PC/ABS

có nhiệt độ nóng chảy cao, độ dai rất cao ở nhiệt độ thấp và khả năng tránh bị rạn nứt cao hơn hẳn so với polycarbonate nguyên chất

2 Ứ ng d ng c a PC ụ ủ

a Linh kiện điện tử

Polycarbonate được s d ng ch yếử ụ ủ u cho các ng dứ ụng điệ ửn t Polycarbonate

là m t chộ ất cách điện điệ ốt và có đặn t c tính ch ng cháy ch u nhiố ị ệt và nó được s ử

d ng trong các s n phụ ả ẩm khác nhau liên quan đến ph n c ng c a các thi t b ầ ứ ủ ế ị điện, điệ ửn t và viễn thông Nó cũng có thể ph c v ụ ụ như là một lo i t ạ ụ điện môi cao Tuy nhiên, s n xuả ất thương mạ ủ ụi c a t polycarbonate ch y u d ng l i sau khi nhà sủ ế ừ ạ ản

xu t duy nh t Bayer AG ng ng s n xu t b t c p polycarbonate vào cuấ ấ ừ ả ấ ộ ụ ấ ối năm

2000

b V ậ t liệ u xây d ự ng

Người tiêu dùng l n th hai c a polycarbonate là ngành công nghi p xây ớ ứ ủ ệ

d ng, ví d ự ụ như làm các loại kính ph ng ho c cong, t m cách âm ch ng ti ng ẳ ặ ấ ố ế ồn

c Lưu trữ ữ ệ d li u

Một ứng d ng chính c a polycarbonate là vi c s n xuụ ủ ệ ả ất đĩa Compact , DVD ,

và đĩa Blu ray Các đĩa này đượ- c s n xu t b i ép phun polycarbonate vào khuôn ả ấ ở

tạo đĩa Tấm đĩa nhựa polycarbonate là thành ph n quan tr ng cầ ọ ủa đĩa CD, DVD

d Trong công nghiệ p ô tô

Trong ngành công nghiệp ô tô, polycarbonate đúc có thể ả s n xu t các b mấ ề ặt

rất trơn tru mà làm cho nó rất phù h p cho Sputter lợ ắng đọng hoặc bay hơi lắng

đọng nhôm mà không cần cơ sở-lông Bezels trang trí và ph n x quang hả ạ ọc thường được làm b ng polycarbonate Do trằ ọng lượng th p và chấ ịu va đập cao, polycarbonate là v t li u ậ ệ chủ đạo để làm ống kính đèn pha ô tô [11]

e Điện thoại

M t s nhà s n xuộ ố ả ất điện tho i thông minh l n s d ng polycarbonate №kia ạ ớ ử ụ

đã sử ụng polycarbonate trong điệ d n tho i c a h bạ ủ ọ ắt đầu vào năm 2011 Việc này

tiế ụp t c với các điện tho i khác nhau ạ trong dòng điện thoại Lumia Samsung đã bắt

đầu s d ng polycarbonate vử ụ ới Galaxy S III vào năm 2012 Apple đã bắt đầu s ử

d ng polycarbonate vụ ới iPhone 5c vào năm 2013 [7]

4 Bisphenol A

a Tính chất ủ c a Bisphenol A

Công thức cấu tạo của Bisphenol A (hình II.2)

H nh 2 ì II Công thức cấ ạu t o phân t Bisphenol A trong mử ặt phẳng và trong không

gian Tài liệu tổng hợp Bisphenol A được công bố chính thức đầu tiên là của Thomas Zincke thuộc đại học Marburg, Đức Năm 1905, Zincke đã đưa raphương pháp tổng hợp Bisphenol A từ phenol và axeton Zincke đã chỉ các ratính chất vật lý cơ bản của Bisphenol A (cấu trúc phân tử, nhiệt độ nóng chảy, tính tan trong các dung môi khác nhau như trong bảng II.2) Tuy nhiên, Zincke không đưa ra ứng dụng cũng như công dụng nào của Bisphenol hay các A vật liệu mà ông đã tổng hợp được

Đến năm 1953, tiến sĩ Hermann Schnell thuộc hãng Bayer của Đức và tiến sĩ Dan Fox của General Electric của Mỹ đã độc lập phát triển sản xuất vật liệu nhựa mới polycarbonate sử dụng nguyên liệu Bisphenol là A Quá trình sản xuất ở quy

mô công nghiệp được bắt đầu năm 1957 ở Mỹ và 1958 ở châu Âu Cùng thời gian

đó, nhựa epoxy cũng được phát triển nhờ những ứng dụng rộng trong công rãinghiệp Chính nhờ sự phát triển mạnh mẽ của polycarbonate và nhựa epoxy nên

Bisphenol A cũng được sản xuất với lượng lớn từsố những năm 50 của thế kỷ XX

và ngày càng phát triển[10,14]

Bisphenol A là một hoá chất công nghiệp quan trọng được sử dụng chủ yếu để sản xuất polycarbonate và nhựa epoxy Năm 1980, sản lượng Bisphenol trên toàn A thế giới đạt 1 triệu tấn/năm và tới năm 2009 đã đạt hơn 2,2 triệu tấn năm Năm 2007 chỉ tính riêng nước Mỹ đã tiêu thụ hết 1.088.000 tấn Bisphenol A, trong đó 74% được

sử dụng để sản xuất nhựa polycarbonate và 20% cho nhựa epoxy [8]

Ngoài ra, Bisphenol A còn được sử dụng làm chất cháy chậm, sản xuất nhựa polyeste không no, nhựa polysunfo, các polyeteimit và polyacrylat Trong đó polycarbonate và nhựa epoxy được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau Polycarbonate được sử dụng làm kính chắn, dụng cụ y tế, chai nhựa, các sản phẩmcộng nghệ số (như đĩa CD, DVD, v.v…), vỏ điện thoại động, vật liệu di điện, vỏ máy

vi tính và các vật dụng khác Nhựa epoxy được sử dụng làm sàn công nghiệp, keo dán, chất bảo vệ bề mặt v.v [10]

Khối lượng phân tử 228,29 g/mol Nhiệt độ nóng chảy 155 161– oC Nhiệt độ sôi 220oC (493 K) ở 4 mmHg Khối lượng riêng 1,195 g/ml ở 25oC

Tính chất vật lý

Chất rắn màu trắng

Dạng tinh thể hình lăng trụ khi kết tinh trong axit axetic loãng và hình kim khi kết tinh từ nước

b Ứ ng dụng củ a bisphenol-A

Bisphenol-A (C15H16O2) được tổng hợp lần đầu tiên vào năm 1905 từ phenol

và axeton, sử dụng axit hydrochloric làm chất xúc tác ứng dụng quan trọng nhất của nó là làm chất khởi đầu để tổng hợp nhựa polycacbonat Chất dẻo epolycacbonate có những đặc tính ưu việt như bền nhiệt, chịu lực và đặc biệt là có tính chất quang học tốt nên đã nhanh chóng được thương mại hóa, được sản xuất lần đầu tiên tại Mỹ năm 1957 và tại châu âu năm 1958 Vào những năm đầu thập niên

60 của thế kỷ trước, Bisphenol A (BPA) đã có mặt trong hàng loạt sản phẩm công nghiệp như các thiết bị quang học, thiết bị y tế, các dụng cụ thí nghiệm, các loại hộp

và chai đựng thực phẩm, BPA còn là monomer cơ bản để tổng hợp epoxy, được sử dụng trong keo dính và sơn epoxy Ngoài ra nhựa PVC cũng có thể chứa một lượng nhất định BPA với vai trò là chất chống oxy hóa [19]

Từ khi ra đời, BPA ngày càng được sử dụng rộng rãi Vào thập niên 1980 sản lượng BPA toàn cầu mới đạt 1 triệu tấn/ năm, đến năm 2009 đã đạt 2,2 triệu tấn/ năm Riêng tại Mỹ, mức tiêu thụ BPA năm 2003 là 856.000 tấn Theo thống kê, khoảng 5% BPA được sử dụng trong các sản phẩm có tiếp xúc với thực phẩm [19] BPA có mặt trong lớp lót của vỏ hộp, nhựa polycacbonat , giấy chịu nhiệt e(hóa đơn, vé xem phim), giấy photocopy không chứa ca bon, sơn với thành phần rchính là nhựa epoxy BPA có thể thôi nhiễm khi đun nóng hoặc rửa bao bì bằng các chất tẩy rửa mạnh, hoặc khi bao bì tiếp xúc với thức ăn, đồ uống có tính axit [19]

c Độ c tính c a bisphenol A ủ

Bisphenol A là một chất tương đối độc, ảnh hưởng trực tiếp đến cơ thể con người như hấp thụ qua da hoặc qua đường hô hấp Bisphenol A gây mất cân bằng

thay đổi chức năng hệ miễn dịch, gây rối loạn hành vi và bất thường về khả năng nhận thức Về lâu dài, nó sẽ làm tổn thương não bộ, gây ra căn bệnh Alzheimer và một số bệnh ung thư Trẻ nhỏ sớm tiếp xúc với Bisphenol A sẽ bị tổn thương vĩnh viễn, liên minh châu Âu (EU) đã cấm sử dụng chai sữa cho trẻ em làm từ polycarbonate – một trong những sản phẩm có chứa Bisphenol A từ tháng 06 năm

2011 [6 ]

d Phương pháp tổ ng ợ h p

Phương pháp phổ biến nhất để tổng hợp Bisphenol A là phản ứng giữa phenol

và axeton với xúc tác là axitHCl:

H nh 3 ì II Phả ứn ng t ng h p bisphenol A ổ ợ

IV T ng quan v ổ ề đĩa quang

1. Giới thiệ ề đĩa quangu v

Đĩa quang là một trong các loại rác thải điện tử phổ biến ngày nay với thành phần trên 95% là nhựa Ước tính trên thế giới có khoảng 200 tỷ tấn đĩa quang các loại, tính riêng tại Mỹ mỗi tháng có khoảng 100.000 pound đĩa CD lỗi thời và bị thải bỏ Thông thường để tiết kiệm chi phí xử lý người ta đã chôn lấp hoặc đốt bỏ chúng gây ra một mối đe dọa không nhỏ với môi trường Có lẽ khối lượng chất thải này sẽ đạt đỉnh vào khoảng 20 – 30 năm nữa sau đó giảm mạnh khi mà các phần mềm, trò chơi trên đĩa CD, DVD trở nên lỗi thời và bị thay thế [8 ]

Đĩa quang, theo đúng như tên gọi của nó, đã sử dụng tính chất quang học để lưu trữ dữ liệu Khi làm việc với ánh sáng thì chúng không có sự tiếp xúc trực tiếp giữa đầu đọc dữ liệu và bề mặt đĩa, do đó đĩa quang thường bền nếu như chúng không bị tác động bởi yếu tố môi trường

H nh 1 nh chì IV Ả ụp phóng đại bề ặ m t ghi d li u c a m t đĩa quang ữ ệ ủ ộ

2 C ấu tạo đĩa quang

Đĩa quang nhìn tổng quát là một miếng nhựa tròn, dày tầm 1,2mm Cụ thể là mảnh nhựa polycacbonate ép khuôn tròn có bán kính khoảng 6 cm Cấu tạo chính

1 – Lớp nhãn: chứa thông tin của nhà sản xuất và thông tin của đĩa (ghi thông tin về dung lượng đĩa và tốc độ ghi )

2 – Nhựa Acrylic: dùng để ngăn cách lớp nhãn và mặt dữ liệu, có thể được phủ một lớp chống ẩm để bảo vệ lớp dữ liệu

3 – Lớp nhôm: chứa các “dữ liệu” của đĩa, có cả năng phản xạ ánh sáng

4 – Lớp nhựa Polycacbornate (chiếm hơn 95% trọng lượng đĩa quang): bảo

vệ lớp nhôm

H nh 2 Mì IV ặt cắ ọc đĩa CDt d

3. Ý nghĩa quá trình tái chế đĩa quang

Hòa tan polycarbonate từ đĩa quang đã được sử dụng và phát triển để thu hồi Bisphenol - A (BPA) là một loại vật liệu có giá trị Các thí nghiệm đang hướng tới thực hiện trong một số dung môi thân thiện với môi trường

Polycarbonate (PC) là một loại nhựa nổi tiếng có các thuộc tính độc đáo có thể

sử dụng trong một số lĩnh vực như y tế, điện, điện tử, ô tô, giải trí và các ứng dụng khác Số lượng ngày càng tăng của chất thải PC từ đĩa quang và các loại nhựa khác dẫn đến việc tái chế chất thải này là cần thiết [2] Việc tái chế các thành phần hóa học trong polyme đã nhận được sự quan tâm lớn để thu hồi các sản phẩm có giá trị r

[3] Quy trình tách nhựa đã được nghiên cứu để phân hủy PC thành các monomer của nó và bisphenol A (BPA) [4], đó là nguyên liệu chính để sản xuất polycarbonate mới.

4. Các phương pháp tái chế nhự ừ chất thải điện tửa t

a Phương pháp tái chế ậ v t lý

Tái chế vật lý, hay còn gọi là tái chế cơ học, tức tái sử dụng vật liệu nhựa thành các ứng dụng tương tự (tái chế vòng kín) là phương án tái chế nhựa phế thải cho giá trị cao nhất Sự suy giảm các tính chất cơ học gây hạn chế cho việc tái chế Nhựa phế thải khi đó được tái chế thành các sản phẩm có ứng dụng đơn giản hơn, đôi khi đơn giản là làm đồ gỗ thấp cấp, dùng trong các trang thiết bị đô thị, như ghế dài công viên chẳng hạn

Ngoài ra, quá trình xử lý cơ học cũng là khâu ban đầu không thể thiếu trong quy trình xử lý chất thải Biện pháp này sẽ làm tăng hiệu quả tái chế và xử lý ở các bước tiếp theo Các công nghệ dùng để phân loại, xử lý cơ học chất thải bao gồm: cắt, nghiền, sàng, tuyển từ, tuyển khí nén… Ví dụ, các loại chất thải có kích thước lớn và thành phần khác nhau phải được phân loại ngay khi tiếp nhận

Một trong những phương pháp cơ học phổ biến thường được dùng là tuyển trọng lực trên cơ sở dựa vào tỷ khối khác nhau của các thành phần tạo nên bản mạch

Nguyên tắc: Để tách các tấm đồng ra khỏi các tấm sợi thuỷ tinh, có thể tách trọng lực hoặc dùng phương pháp tuyển nổi Khối lượng riêng của các tấm sợi thuỷ tinh được nung đến 3500C trong 15 phút là khoảng 2.73 Vì khối lượng riêng của đồng kim loại là 8.92, nên việc tách trọng lực có thể thực hiện được Tuy nhiên lựa chọn một thiết bị phù hợp đòi hỏi các kiểm nghiệm quy mô nhỏ bởi vì sự dễ bong tự nhiên của các sản phẩm Ngoài ra người ta còn sử dụng phương pháp tuyển nổi, sử dụng một lượng nhỏ các chất tạo bọt như dầu thông, creozol hay các chất có cực yếu khác Mẫu được cho vào thùng khuấy Một hỗn hợp được tách ra bao gồm thành phần ơtécti bao gồm 55% khối lượng mảnh đồng và 45% khối lượng các tấm sợi thuỷ tinh, được nghiền vụn trong bình Qua trình tách cơ học cơ bản được mô tả trên hình IV.1 [7 ]

H nh 3 ì IV Sơ đồ khối của quá trình tuyển tách cơ họ cPhương pháp tách cơ học do không có sự can thiệp của nước hay tác nhân hoá học nào nên sẽ phát sinh khói bụi và tiếng ồn Vì vậy cần có sự kết hợp các phương pháp và có giải pháp xử lý những vấn đề phát sinh

b Phương pháp tái chế nhự ừ chấ a t t th ả i đi ệ n t s d ng dung môi ử ử ụ

Đây là một phương pháp mới sử dụng dung môi không chứa nước để tách - WPCBs DMSO được biết đến là dung môi hữu cơ hoàn hảo không chứa nước với công thức (CH3)2SO

CTĐT

Máy nghiền, búa lắc

Thiết bị sàng rây

Phân đoạn nhựa

Đĩa nén, cối xay

Quá trình sàng, rây

Quá trình sàng lọc

Tách tĩnh điện

Phân đoạn nhựa Phân đoạn kim loại

DMSO là dung môi phân cực, độc tính thấp, không mùi, có điểm sôi là 189oC

và có độ nhớt cao (2.2 mPa s ở 20oC) DMSO hòa tan hiệu quả nhiều chất hữu cơ và

vô cơ nhưng không ăn mòn kim loại Các đặc tính an toàn tuyệt vời của DMSO khiến việc sử dụng nó trong một phạm vi rộng, ví dụ như một chất làm sạch cho các thành phần điện tử, như một phản ứng dung môi cho dược phẩm, hóa chất nông nghiệp và là một dung môi để hòa tan xenluloza Quan trọng hơn DMSO rất ổn định

ở nhiệt độ dưới 150oC DMSO duy trì ở nhiệt độ dưới 150oC trong 24h, lượng tổn thất mất mát dự kiến (giữa 0,1% và 1,0%), trong điều kiện nhiệt độ 189 oC trong 72h thì lượng chất tổn thất là 3,7% Ngoài ra, DMSO là khá ổn định khi có sự hiện diện các muối và bazơ trung tính nhưng axit sẽ thúc đẩy sự phân hủy DMSO Vì vậy, có thể kết luận rằng DMSO có tính ổn định nhiệt cao ở nhiệt độ thấp và có thể được tái chế nhiều

Các PCBs được tạo thành chủ yếu từ sợi thủy tinh, nhựa epoxy brom và kim loại Quá trình tách chất thải PCB sử dụng DMSO trong môi trường có chứa khí nitơ Nồng độ nhựa epoxy brom trong DMSO được xác định bằng cách đo lượng bisphenol - A là một thành phần của nhựa epoxy brom Ưu điểm chính của quá trình thu hồi kim loại từ PCB sử dụng dung môi hữu cơ là vừa có thể tách riêng kim loại, sợi thủy tinh, phần phi kim và tái sinh dung môi

Dưới đây là cơ chế tách nhựa epoxy brom ra khỏi bảng mạch điện tử sử dụng dung môi DMSO

H nh 4 ì IV Cơ chế hình thành liên kết hydro giữa nhựa epoxy brom và DMSO[17 ]

DMSO là chất nhận hydro rất tốt, nó có thể hình thành ba liên kết hydro giữa nhựa epoxy brom và DMSO Hình IV.2a cho thấy các liên kết hidro của H – O - Br Lưu huỳnh kéo electron về phía oxy trong DMSO, nhận hydro từ các nhóm hydroxyl trong nhựa epoxy brom Trong khi đó, brom trong nhựa epoxy brom kéo electron về phía mình Hình IV.2b cho thấy liên kết hydro của O – S O - H Oxy –trong nhựa epoxy brom có thể kéo các electron về phía sulfur của DMSO, được chuyển thành oxy của DMSO nhận hydro từ hydroxyl trong nhựa epoxy brom Hình IV.2c cho thấy rằng các ion hydro trong nhóm methyl của DMSO có thể hình thành liên kết hydro với brom và oxy trong nhựa epoxy brom Cơ chế chính xác của DMSO hòa tan nhựa epoxy brom trong WPCBs sẽ được nghiên cứu trong tương lai.Ngoài ra, sự phân cực mạnh của DMSO thuận lợi cho việc hòa tan nhựa epoxy brom phân cực, và không hòa tan hydrocarbon béo trừ axetylen LPSRs (acrylate oligomer) là một loại chất béo hydrocarbon polymer, mà không hòa tan bởi DMSO Ngoài ra, DMSO cũng được sử dụng để hòa tan nhựa polycarbonate (PC) trong đĩa quang để thu hồi Bisphenol A (BPA) – là một nguyên liệu để sản xuất nhựa polycarbonate Hoặc cũng có thể dùng dung môi Glycerin/H2O/NaOH để hòa tan nhựa polycarbonate trong đĩa quang thu hồi Bisphenol A Hình IV.3 cho thấy cơ chế phản ứng hòa tan PC trong điều kiện có kiềm để thu hồi BPA.

H nh 5 ì IV Cơ chế phản ứng hòa tan PC trong điều ki n có kiệ ềm để thu h i BPA ồ

[18]

Từ hình IV.3, đầu tiên là phản ứng trao đổi ion giữa glycerin và NaOH tạo thành ion âm trung gian sau đó phân hủy PC thành BPA Việc sử dụng nước như một dung môi cho phép hình thành có ion hydroxide như một tác nhân nucleophin yếu

Một trong những hướng nghiên cứu đang được quan tâm là thủy phân polycarbonate với sự có mặt của metanol hoặc etanol khi có xúc tác kiềm Điều kiện phản ứng là 120 ÷ 140oC, 9 ÷ 10 Mpa Sản phẩm thu được sau phản ứng là Bisphenol A và dimetyl cacbonate (DMC), trong đó bisphenol A là nguyên liệu đầu cho các ứng dụng khác như sản xuất nhựa epoxy Quá trình phân hủy polycarbonate

ở nhiệt độ cao còn có thể thu được các sản phẩm khác ngoài bisphenol A, như

phenol và dẫn xuất của phenol (p-isopropylphenol, 4-tbutylphenol) Phương pháp

tái chế này cũng đã được nghiên cứu theo hướng tạo ra các sản phẩm khác có tính ứng dụng cao như ete bis-hydroxyetyl-BPA

c Phương pháp tái chế polycarbonate có s h tr c a vi só ự ỗ ợ ủ ng

Ngày nay, việc tái chế sử dụng các phương pháp thân thiện môi trường là hết sức quan trọng Để thực hiện điều này, chiếu xạ vi sóng đã được sử dụng nhằm nghiên cứu tái chế polycarbonate trong điều kiện thí nghiệm bình thường mà không đòi hỏi một lượng lớn hóa chất hoặc tốn nhiều năng lượng Các phương pháp thủy phân trong kiềm (NaOH) được áp dụng để depolymer hóa polycarbonate thành monomer của nó là BPA Cơ chế thủy phân xuất hiện trong hình dưới Có thể thấy rằng, việc cắt mạch hầu như không xảy ra ở nhiệt độ tương đối thấp, trừ trường hợp nếu có một chất xúc tác được sử dụng Sự kết hợp của thời gian chiếu xạ và nồng độ NaOH dẫn đến kết quả là khi tăng nồng độ kiềm thì tốn ít thời gian hơn Trong tất

cả các điều kiện, sự cắt mạch của polycarbonate diễn ra ít nhất ở nhiệt độ 110oC Khi tiến hành thí nghiệm trong khoảng nhiệt độ 130 160°C thì khả năng deployme -hóa tới 80% Việc thủy phân trong kiềm có hỗ trợ của vi sóng là điều kiện thuận lợi khi nhiệt độ phản ứng tiếp cận giá trị này Từ 160oC, polycarbonate đã bị phân hủy mạnh chỉ sau 10 phút phản ứng với 10% NaOH so với gia nhiệt thông thường, trong khi bình thường phải cần tới 8h để đạt kết quả tương tự [7]

H nh 6 ì IV Cơ chế thủy phân PC

H nh 7 ì IV So sánh lượng PC b phân hị ủy khi có vi sóng và trường hợp bình thường Năm 2011, Nikje cũng nghiên cứu quá trình glycolysis nhựa polycarbonate từ đĩa CD thải có sử dụng chiếu xạ vi sóng với chất xúc tác là NaOH nhằm thu được monomer BPA Sự ảnh hưởng của các thông số khác nhau, chẳng hạn như nồng độ của kim loại xúc tác và bức xạ của lò vi sóng, lượng kiềm vào lượng sản phẩm đã được tiến hành khảo sát Nồng độ tối ưu của NaOH đã được tìm thấy là 2% trọng

lượng và công suất vi sóng tối ưu là 600W BPA thu hồi đã bị ảnh hưởng bởi thời gian phản ứng và đạt năng suất tối ưu ở 500s [7]

d Phương pháp nhiệ t – hóa họ c tái ch polycarbonate ế

Phương pháp nhiệt – hóa học, tức là nhiệt phân nhựa polycarbonate Đầu tiên loại bỏ các lớp Al trên đĩa CD bằng dung dịch NaOH (tiền xử lý)

Nhiệt phân là quá trình phân hủy nhiệt và hóa học, thông thường sẽ tạo ra các phân tử nhỏ hơn Về mặt ngữ nghĩa học, khái niệm nhiệt phân thích hợp hơn hỏa phân do lửa ngụ ý đến sự tồn tại của oxy và do đó ngụ ý sự tồn tại của các hợp chất trung gian chứa oxy Tuy nhiên, trong hầu hết các quá trình nhiệt phân, không khí bị loại trừ vì lý do an toàn, vì chất lượng và hiệu suất sản phẩm [2]

Quá trình nhiệt phân có thể được tiến hành ở nhiều mức nhiệt độ khác nhau với thời gian phản ứng, áp suất khác nhau và dưới sự có mặc hoặc thiếu các chất khí hoặc chất lỏng hoặc động và dưới sự có mặt của xúc tác Quá trình nhiệt phân nhựa

có thể tiến hành ở nhiệt độ thấp (<400oC), trung bình ( 400 600– oC), hoặc nhiệt độ cao ( >600oC) Thông thường quá trình được tiến hành dưới áp suất khí quyển Tuy nhiên nếu sản phẩm mong muốn không bền nhiệt, dễ bị tái trùng hợp (như trong quá trình nhiệt phân cao su chẳng hạn) thì quá trình nhiệt phân sẽ được tiến hành dưới áp suất thấp nhờ máy hút chân không hoặc chất pha loãng (ví dụ: hơi nước).[2] Việc nhiệt phân nhựa phế thải gây ra vài tác động nhỏ tới môi trường Về mặt

lý thuyết các vấn đề này có thể chia nhỏ thành:

- Thu thập, vận chuyển nguyên vật liệu