khảo sát ảnh hưởng của bột đá thải đến một số tính chất cơ lý của nhựa màng mỏng tái chế

Bên cạnh đó, sự ảnh hưởng của hàm lượng bột đá thải cũng được sử dụng như các chất gia cường với các tỷ lệ từ 0% đến 20% trên tổng lượng nhựa màng mỏng tái chế và hàm lượng PE-g-MA.. Tro

TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHENIKAA

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA BỘT ĐÁ THẢI ĐẾN MỘT SỐ TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA NHỰA MÀNG MỎNG TÁI CHẾ

Sinh viên: Phạm Thị Lan Anh

Mã số sinh viên: 19010076 Khóa: 13 Ngành: Công nghệ vật liệu Hệ: Chính quy Giảng viên hướng dẫn: TS Đặng Viết Quang

Hà Nội – Năm 2024

Copies for internal use only in Phenikaa University

TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHENIKAA

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA BỘT ĐÁ THẢI ĐẾN MỘT SỐ TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA NHỰA MÀNG MỎNG TÁI CHẾ

Sinh viên: Phạm Thị Lan Anh

Mã số sinh viên: 19010076 Khóa: 13 Ngành: Công nghệ vật liệu Hệ: Chính quy Giảng viên hướng dẫn: TS Đặng Viết Quang

Hà Nội – Năm 2024

Copies for internal use only in Phenikaa University

Vật liệu composite ngày càng được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khoa học và đời sống, trong đó, sản phẩm composite từ nguyên liệu nhựa tái chế đang thu hút được sự quan tâm lớn từ các nhà nghiên cứu cũng như sản xuất Đồ án này đã tập trung đánh giá sự ảnh hưởng của chất gia cường là bột đá thải (bột đá thạch anh) từ nhà máy sản xuất đá thạch anh nhân tạo và chất tương hợp PE-g-MA đến tính chất của nhựa tái chế và sản phẩm composite từ nhựa tái chế Nghiên cứu đã tiến hành đánh giá sự biến đổi các tính chất cơ lý của nhựa tái chế khi thêm PE-g-MA theo tỷ lệ từ 0% đến 3% Bên cạnh đó, sự ảnh hưởng của hàm lượng bột đá thải cũng được sử dụng như các chất gia cường với các tỷ lệ từ 0% đến 20% trên tổng lượng nhựa màng mỏng tái chế và hàm lượng PE-g-MA Kết quả nghiên cứu cho thấy, việc thêm PE-g-MA cải thiện đáng kể các tính chất cơ lý của nhựa tái chế Độ bền kéo và độ giãn khi dứt của nhựa màng mỏng tái chế tăng tương ứng từ 6,93 MPa lên 7,44 MPa (tăng 7,4%) và 22% lên 48,8% (tăng 26,8%) khi hàm lượng PE-g-MA tăng từ 0 đến 2% Khi thêm bột đá thải cùng với 2% PE-g-MA, độ bền kéo, độ bền uốn và Young modulus cũng được cải thiện, tuy nhiên, độ giãn khi đứt của nhựa giảm rõ rệt Với khoảng 10-15% khối lượng bột đá thải, độ bền kéo được cải thiện 5,0%, độ bền uốn tăng 4,9% và Young modulus tăng đến 353,6% trong khi độ giãn khi đứt giảm từ 48,8% về 18,8% Kết quả này chứng tỏ khi thêm bột đá thải đã làm giảm khả năng biến dạng đàn hồi của nhựa và nhựa trở lên cứng hơn

Copies for internal use only in Phenikaa University

Tên tôi là: Phạm Thị Lan Anh

Mã sinh viên: 19010076 Lớp: K13 - Công nghệ vật liệu Ngành: Công nghệ vật liệu

Tôi đã thực hiện đồ án tốt nghiệp với đề tài: Khảo sát ảnh hưởng của bột đá thải đến một số tính chất cơ lý của nhựa màng mỏng tái chế

Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi và được sự hướng dẫn của: TS Đặng Viết Quang

Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong đề tài này là trung thực và chưa được các tác giả khác công bố dưới bất kỳ hình thức nào Nếu phát hiện có bất kỳ hình thức gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước pháp luật

Hà Nội, ngày 15 tháng 04 năm 2024 GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN SINH VIÊN

Phạm Thị Lan Anh

Copies for internal use only in Phenikaa University

Lời đầu tiên, em không biết nói gì hơn ngoài bày tỏ sự biết ơn sâu sắc đến các thầy cô Trong suốt chặng đường học tập và làm đồ án tốt nghiệp em đã luôn nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ tận tình của thầy cô

Đặc biệt, em xin bày tỏ sự kính trọng và lòng biết ơn sâu sắc nhất đến thầy Đặng Viết Quang, thầy là người đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ cho em để em có thể hoàn thành đồ án này Trong quá trình học tập và nghiên cứu, nếu em có những sai sót gì, kính mong thầy cô bỏ qua cho em

Em xin kính chúc các thầy cô luôn luôn khỏe mạnh và ngày một thành công hơn trên con đường giảng dạy của mình

Em xin trân trọng cảm ơn!

Hà Nội, ngày 15 tháng 04 năm 2024 Sinh viên thực hiện

Phạm Thị Lan Anh

Copies for internal use only in Phenikaa University

1.1.2 Thành phần của vật liệu composite 3

1.2 Tổng quan về rác thải nhựa 4

1.2.1 Tình hình rác thải nhựa hiện nay 4

1.2.2 Các phương pháp tái chế hoặc xử lý rác thải nhựa 8

1.3 Tổng quan về phụ gia tương hợp và chất độn gia cường trong tái chế nhựa 22

2.3.4 Phân tích nhiệt 30

2.3.5 Phân tích phổ hồng ngoại 31

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ 32

3.1 Đặc trưng của hạt nhựa tái chế 32

3.2 Khảo sát ảnh hưởng của phụ gia liên kết PE-g-MA đến tính chất cơ lý của nhựa tái chế và vật liệu composite 33

3.2.1 Ảnh hưởng của phụ gia liên kết đến tính chất cơ lý của nhựa màng mỏng tái chế 33

3.2.2 Ảnh hưởng phụ gia liên kết đến tính chất cơ lý của composite 37

3.3 Khảo sát ảnh hưởng của bột đá thải đến vật liệu composite 41

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Rác thải nhựa tại các bãi chôn lấp ở Việt Nam[4] 7

Hình 1.2: Quy trình đốt rác thải nhựa 10

Hình 1.3: Các bước chuyển hóa chất thải rắn thành khí tổng hợp (SNG)[15] 15

Hình 1.4: Các loại hệ thống khí hóa thường được sử dụng 15

Hình 1.5 : Quy trình tái chế rác thải nhựa bằng phương pháp cơ học[26] 20

Hình 1.6: PE-g-MA 23

Hình 2.1: Quy trình nghiền quartz cục để sản xuất đá nhân tạo 26

Hình 2.2: Mẫu đo độ bền kéo 28

Hình 2.3: Thiết bị đo kéo nén uốn vạn năng, ETM504C, Wance, Đài Loan 29

Hình 2.4: Thiết bị hiển vi điện tử quét SEM TM4000Plus TGA4000, Hitachi, Nhật Bản 30

Hình 2.5: Thiết bị phân tích nhiệt TGA4000, Perkin Elmer, Mỹ 30

Hình 2.6: Thiết bị phân tích phổ FTIR Spectrum Two, Perkin Elmer, Mỹ 31

Hình 3.1: Hình phổ FTIR của: 1 Composite, 2 Nhựa LDPE, 3 Nhựa tái chế, 4 Bột đá thải 32

Hình 3.2: Kết quả phân tích TGA và DTG của vật liệu 33

Hình 3.3: Ảnh hưởng hàm lượng PE-g-MA đến độ bền kéo của nhựa tái chế 34

Hình 3.4: Ảnh hưởng hàm lượng PE-g-MA đến độ bền uốn của nhựa tái chế 35

Hình 3.5: Ảnh hưởng của PE-g-MA đến độ giãn khi đứt của nhựa tái chế 36

Hình 3.6: Ảnh hưởng hàm lượng PE-g-MA đến Young modulus của nhựa tái chế 37Hình 3.7: Ảnh hưởng hàm lượng PE-g-MA đến độ bền kéo của vật liệu 38

Hình 3.8: Ảnh hưởng hàm lượng PE-g-MA đến độ bền uốn của vật liệu 39

Hình 3.9: Ảnh hưởng của PE-g-MA đến độ giãn khi đứt của vật liệu 40

Hình 3.10: Ảnh hưởng hàm lượng PE-g-MA đến Young’s modulus của vật liệu 41

Hình 3.11: Ảnh hưởng hàm lượng bột đá thải đến độ bền kéo của vật liệu, hàm lượng PE-g-MA 2% 43

Hình 3.12: Ảnh hưởng của hàm lượng bột đá thải đến độ bền uốn của vật liệu composite 43

Copies for internal use only in Phenikaa University

Hình 3.13: Ảnh hưởng hàm lượng bột đá thải đến độ giãn dài khi đứt của vật liệu, hàm lượng PE-g-MA 2% 44Hình 3.14: Ảnh hưởng hàm lượng bột đá thải đến young modulus của vật liệu, hàm lượng PE-g-MA 2% 45Hình 3.15: Hình ảnh SEM bề mặt, (a) Bột đá thải, (b) Nhựa tái chế, (c) Composite chứa 10% bột đá thải và 2% PE-g-MA 46 Hình 3.16: Kết quả phân tích TGA và DTG của: 1) Composite; 2) Nhựa thải 47

Copies for internal use only in Phenikaa University

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Khối lượng nhựa từ vỏ hộp và màng mỏng từ 1960-2018 tại Mỹ (đơn vị nghìn tấn) 9Bảng 1.2: Các phản ứng hóa học chính xảy ra trong quá trình khí hóa[16] 13Bảng 3.1: Đơn phối liệu khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng PE-g-MA tới tính chất của nhựa màng mỏng tái chế 34Bảng 3.2: Đơn phối liệu khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng PE-g-MA tới tính chất của vật liệu 38Bảng 3.3: Đơn phối liệu khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng PE-g-MA tới tính chất của vật liệu composite 42

Copies for internal use only in Phenikaa University

PE-g-MA Polyetylen ghép maleic anhydrit

Copies for internal use only in Phenikaa University

MỞ ĐẦU

Việt Nam là quốc gia xả rác thải nhựa nhiều thứ 4 trên thế giới, nhưng lại là nước nhập khẩu phế liệu nhựa đứng thứ 2 thế giới sau khi Trung Quốc ban hành lệnh cấm nhập khẩu phế liệu Không chỉ nhựa, tính trung bình mỗi năm Việt Nam nhập khẩu khoảng 10 triệu tấn phế liệu các loại Đây là điều nghịch lý vì trong khi các doanh nghiệp Việt Nam thiếu nguyên liệu, phải nhập về sản xuất hằng năm nhưng lại bỏ đi nguồn nguyên liệu có thể tái chế từ rác thải, chưa kể còn phải mất thêm nhiều tiền để xử lý Chính vì thế việc tái chế không chỉ đem lại lợi ích bảo vệ môi trường, mà còn có lợi cho chính doanh nghiệp trong bối cảnh giá cả nguyên vật liệu, hàng hóa trên thế giới tăng cao và tăng cường thu gom tái chế sẽ giúp doanh nghiệp giảm sự phụ thuộc vào nguyên liệu nhập khẩu, đặc biệt là các doanh nghiệp tái chế Trong những năm gần đây, tái chế nhựa thải làm vật liệu composite là chủ đề đang được quan tâm vừa có thể giảm lượng rác thải nhựa ra môi trường vừa tăng hiệu quả kinh tế nhờ vào việc tạo ra những vật liệu có các đặc điểm tốt như như độ bền cao, khả năng chống hóa chất, chịu lửa, ăn mòn và mài mòn tốt

Các vật liệu composite ngày càng được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khoa học và đời sống Chế tạo vật liệu composite từ nguyên liệu là nhựa thải đang thu hút được nhiều sự quan tâm của các nhà khao học và sản xuất Trong quá trính chế tạo vật liệu composite, việc lựa chọn và sử dụng vật liệu gia cường là rất quan trọng Yêu cầu khi lựa chọn vật liệu gia cường là khả năng làm tăng một số tính chất của composite và có giá thành rẻ Bột đá thạch anh là một trong những chất gia cường thường được lựa chọn trong chế tạo composite nhưng có nhược điểm là giá thành khá cao Công ty Cổ phần Vicostone hàng tháng thải ra một lượng lớn bột đá có nguồn gốc từ đá thạch anh Đây có thể là nguồn nguyên liệu dồi dào có thể sử dụng làm chất độn gia cường, tuy nhiên, chưa được quan tâm nghiên cứu và sử dụng Chính vì vậy tôi chọn đề tài:“Khảo sát ảnh hưởng của bột đá thải đến một số tính chất cơ lý của nhựa màng mỏng tái chế” làm đề tài nghiên cứu trong đồ án đồ án tốt nghiệp của mình

Copies for internal use only in Phenikaa University

Mục đích nghiên cứu

Đánh giá được ảnh hưởng của bột đá thải từ Công ty Cổ phần Vicostone đến một số tính chất cơ lý của nhựa màng mỏng tái chế

Nội dung nghiên cứu

1 Nghiên cứu, đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng phụ gia liên kết PE-g-MA tới tính chất cơ lý của vật liệu

2 Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng bột đá thải tới tính chất cơ lý của vật liệu composite

Copies for internal use only in Phenikaa University

Vật liệu composite (PC) là vật liệu được chế tạo tổng hợp từ hai hay nhiều vật liệu khác nhau về hình dạng hoặc thành phần hóa học nhằm tạo ra một vật liệu mới có những tính năng ưu việt hơn so với vật liệu ban đầu Vật liệu composite phổ biến hiện nay gồm có hai thành phần cấu tạo chính gọi là vật liệu nền và vật liệu gia cường Vật liệu gia cường (gián đoạn) được phân tán trong vật liệu nền (liên tục)

Trong hai thành phần chính của vật liệu PC thì vật liệu nền đóng vai trò là một chất kết dính, tạo môi trường phân tán cho vật liệu gia cường, chúng có tác dụng truyền ứng suất sang chất độn khi có ngoại lực tác dụng lên vật liệu Thêm vào đó, vật liệu nền còn có tác dụng bảo vệ chất gia cường dưới tác động của môi trường hay quyết định đến độ bền nhiệt và khả năng gia công của vật liệu composite 1.1.2 Thành phần của vật liệu composite

 Nhựa nền:

Chất nền của vật liệu PC có thể là các loại nhựa nhiệt dẻo như polyetylen (PE), polypropylen (PP), polyvinyl clorua (PVC), polyamit (PA)… hoặc các loại nhựa nhiệt rắn như polyeste không no, vinyleste, epoxy, phenolic Nền polyme tốt phải đáp ứng các yêu cầu sau:

- Có khả năng biến dạng để làm giảm ứng suất nội xảy ra do sự co ngót khi thay đổi nhiệt độ

- Thích hợp với các phương pháp chế tạo thông thường

Copies for internal use only in Phenikaa University

- Bền với môi trường ở các điều kiện sử dụng

Khi sử dụng nhựa nhiệt rắn để làm vật liệu nền, chúng có độ nhớt thấp giúp cho quá trình phân tán chất gia cường tốt, mang những tính chất ưu việt về cơ lý, độ bền nhiệt cao hơn nhựa nhiệt dẻo sau khi đã đóng rắn Nhưng nhược điểm của nhựa nhiệt rắn là không có khả năng tái sinh và giá thành cao Trong khi đó, với nhựa nền là nhựa nhiệt dẻo thì chúng có những ưu điểm là dễ gia công tạo hình sản phẩm, ít khuyết tật trong quá trình sản xuất và đặc biệt là khả năng tái sinh [1]

 Vật liệu gia cường:

Vật liệu gia cường có vai trò đảm bảo cho composite có được các đặc tính cơ học cần thiết Về cơ bản, vật liệu gia cường có hai dạng là dạng cốt sợi và dạng cốt hạt, có các kích thước đa dạng từ nm đến µm

Nhóm cốt sợi gồm có: sợi thủy tinh, sợi cacbon, sợi kim loại… Nhóm cốt hạt phổ biến nhất là bột đá, than đen, talc, tro bay, silica…[1]

1.2 Tổng quan về rác thải nhựa

1.2.1 Tình hình rác thải nhựa hiện nay 1.2.1.1 Tình hình thế giới

Cho đến nay, hơn 6,3 tỷ tấn rác thải nhựa đã được tạo ra trên toàn thế giới Đây là mức cao đáng báo động và có những lo ngại rằng nếu tình trạng này không được giải quyết, thế giới sẽ “chết chìm” trong rác thải nhựa Các nghiên cứu đã được thực hiện đã tiết lộ tính chất phổ biến của nhựa vì các khu vực trước đây được cho là còn nguyên vẹn (chưa được chạm tới) như Bắc Cực đã bị nhiễm vi nhựa Người ta biết rất ít về tác động của hạt vi nhựa đối với sức khỏe con người Nhưng điều rõ ràng là chúng đã có mặt trên bàn ăn của chúng ta, dưới dạng muối ăn hoặc cá mà chúng ta tiêu thụ Hơn nữa, các hình ảnh đồ họa đã xuất hiện về những con cá voi chết vì ăn phải nhựa cũng như bị các động vật thủy sinh khác vướng vào và ngạt thở Việc sử dụng nhựa đã tăng lên đáng kể trong những năm qua, chủ yếu là do đây là loại vật liệu rẻ tiền, dễ đúc khuôn và không giống như giấy, nhựa giữ cho thực phẩm tươi lâu hơn Gần đây, xu hướng sản xuất vật liệu nhựa kém bền hơn gây khó khăn cho việc tái sử dụng ngày càng tăng Những loại nhựa này được gọi là nhựa sử dụng một lần

Copies for internal use only in Phenikaa University

và được cho là chiếm 40% tổng số nhựa được sản xuất Thống kê cũng cho thấy trong tổng số nhựa được sản xuất trên toàn cầu, chỉ có 9% ít ỏi đã được tái chế Nhu cầu khám phá việc sử dụng nhựa làm nguồn năng lượng thay thế và thu hồi vật liệu trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết nhằm bảo vệ môi trường và cư dân ở đó [2]

Chất thải nhựa là một thách thức toàn cầu ngày càng gia tăng, có lẽ chỉ đứng sau biến đổi khí hậu về phạm vi và tác động của nó Rác thải nhựa không được quản lý có thể được tìm thấy ở mọi châu lục và mọi đại dương, từ đỉnh núi đến đáy biển Ngoài nhựa mà chúng ta có thể thấy, theo thời gian, nhựa ngày càng phân hủy thành các mảnh nhỏ hơn gọi là vi nhựa, và ở dạng đó, nhựa đã xâm nhập vào chuỗi thức ăn từ sinh vật phù du đến con người Nhựa được quảng cáo là có thể tái chế, nhưng trên thực tế, việc tái chế rất khó khăn và chưa được chứng minh là một giải pháp hiệu quả Ngoài ra, các luật và quy định hiện hành không đủ để làm chậm việc sử dụng và lạm dụng nhựa Tuy nhiên, có lý do để lạc quan Các công nghệ mới như tái chế hóa chất và các phương pháp sản xuất mới nhằm mục đích làm cho quá trình tái chế nhựa trở nên dễ dàng hơn và các quy định mới và được đề xuất trên khắp thế giới đang bắt đầu thực hiện các cách tiếp cận hoàn toàn khác nhau để giải quyết và nhận biết tác hại tiềm ẩn đối với môi trường và sức khỏe con người do nhựa gây ra [2]

1.2.1.2 Tình hình Việt Nam

Vấn đề “ô nhiễm trắng” tại các địa điểm du lịch nổi tiếng, ô nhiễm môi trường đang gia tăng ở mức báo động Theo thống kê, Việt Nam hiện đứng thứ 4 thế giới về lượng rác thải nhựa, với khoảng 730.000 tấn rác thải nhựa đổ ra biển mỗi năm Việt Nam còn được biết đến là quốc gia có lượng rác thải nhựa gấp đôi so với các nước có thu nhập thấp Rác thải nhựa trong đại dương sẽ hủy hoại môi trường tự nhiên, ảnh hưởng tiêu cực đến đời sống của các loài thủy sản Trên đất liền, rác thải nhựa có rất nhiều ở nhiều nơi và gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới sức khỏe, đời sống con người Các nhà phân tích chỉ ra rằng, nếu tốc độ sử dụng các sản phẩm nhựa tiếp tục tăng thì đến năm 2050 sẽ có thêm 33 tỷ tấn nhựa được sản xuất và như vậy sẽ có hơn 13 tỷ tấn rác thải nhựa bị chôn vùi, lấp đầy vào các bãi chôn lấp hoặc vào đại dương Trong khi đó, việc tái chế rác thải nhựa của Việt Nam vẫn chưa được phát

Copies for internal use only in Phenikaa University

triển Tỷ lệ phân loại rác tại nguồn rất thấp, hầu hết các loại rác thải đều được tập kết và thu gom bằng xe chở rác Công nghệ tái chế nhựa được sử dụng tại các thành phố lớn của Việt Nam còn lạc hậu, hiệu quả thấp, chi phí cao và gây ô nhiễm môi trường Bài viết trình bày thực trạng rác thải nhựa ở Việt Nam tính đến tháng 6 năm 2019 Các tác giả tập trung nêu bật tình trạng “ô nhiễm trắng” nghiêm trọng ở Việt Nam, quốc gia có đường bờ biển rất dài Nhưng bờ biển thực sự đang bị đe dọa bởi rác thải nhựa Đây thực sự là lời cảnh tỉnh đối với các cơ quan chức năng về việc ban hành các chính sách và người dân về đạo đức sinh tồn với thiên nhiên [3]

Sự phát triển và hiện đại hóa của ngành nhựa được biết là mang lại nhiều lợi ích cho đời sống con người, đa dạng hóa quy trình sản xuất và tạo ra các sản phẩm phong phú có nguồn gốc từ các nguyên liệu khác nhau Trong số các sản phẩm nêu trên, các loại mặt hàng từ nhựa đều có sự gia tăng rất lớn cả về chất lượng và số lượng do có phạm vi ứng dụng rộng rãi cũng như tính linh hoạt trong quá trình sản xuất và sử dụng cùng với giá thành thấp hơn các mặt hàng khác Đó là lý do vì sao rác thải rắn đô thị (MSW) của các nước trên thế giới được báo cáo chứa khoảng 12% nhựa Việt Nam nằm trong top 5 nước nhập khẩu nhiều nhất từ tháng 01/2018 đến tháng 11/2018 với khoảng 7,6% tổng lượng nhập khẩu Thực trạng hiện nay cho thấy Việt Nam là quốc gia bị ảnh hưởng nặng nề bởi rác thải nhựa, gây hậu quả nặng nề cho môi trường Công trình này đưa ra những con số đáng báo động về thực trạng sử dụng và xả thải nhựa ở Việt Nam Quan trọng hơn, chính sách và kịch bản xử lý rác thải nhựa trong thời gian tới được phân tích kỹ lưỡng để tìm ra giải pháp hợp lý nhằm giảm thiểu ô nhiễm do rác thải nhựa ở Việt Nam Cuối cùng, một số gợi ý tái sử dụng rác thải nhựa cũng được đưa ra nhằm thu hồi và xử lý rác thải nhựa trong bối cảnh Việt Nam [4]

Copies for internal use only in Phenikaa University

Hình 1.1: Rác thải nhựa tại các bãi chôn lấp ở Việt Nam [4]

Một thực tế rất đáng buồn là người Việt Nam vẫn rất ưa chuộng dùng đồ nhựa Điều này có thể được chứng minh qua số liệu thống kê cho thấy hơn 50% lượng nhựa tiêu thụ hàng ngày là sản phẩm nhựa dùng một lần Sau đó những thứ này khi sử dụng xong bị ném ra môi trường và trở thành những món đồ nhựa vô dụng Chúng tồn tại trong môi trường tự nhiên và trở nên vô cùng độc hại Theo thống kê ghi nhận tại bãi rác của làng tái chế nhựa lớn nhất Việt Nam, ước tính 1 tấn rác thải nhựa và túi nilon đưa vào sản xuất sẽ thải ra tới 30% rác thải không thể tái chế Ở Việt Nam, khi mà việc tái chế rác thải nhựa rất kém thì cách duy nhất để xử lý loại rác thải đó là thu gom về bãi chôn lấp sau đó sẽ được xử lý đốt thủ công Thật lo lắng khi việc đốt thủ công đang dần giết chết sự sống vì chất thải này khi đốt sẽ thải ra dioxin Rõ ràng, thói quen sử dụng túi nilon, đồ nhựa dùng một lần có thể mang lại sự tiện lợi cho con người trong thời gian ngắn, nhưng ít người thừa nhận rằng hành động này là nguyên nhân dẫn đến thảm họa ô nhiễm môi trường Theo báo cáo của Hiệp hội Nhựa Việt Nam, năm 2015 Việt Nam sản xuất và tiêu thụ khoảng 5 triệu tấn nhựa, trong đó khoảng

Copies for internal use only in Phenikaa University

80% là nguyên liệu nhập khẩu từ nhựa phế liệu Chỉ số tiêu thụ nhựa bình quân đầu người ở Việt Nam tăng nhanh từ 3,8 kg/năm/người năm 1990, tăng lên 41 kg/năm/người vào năm 2015 Lượng rác thải nhựa và túi nilon chiếm khoảng 8-12% lượng rác thải rắn sinh hoạt Nước ta chỉ có hai thành phố lớn là Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh thải ra môi trường khoảng 80 tấn nhựa và túi nilon mỗi ngày và lượng rác thải này cần ít nhất 20 năm mới có thể được tiêu hủy hoàn toàn Lượng rác thải nhựa và túi nilon ở Việt Nam tỷ lệ thuận với tốc độ tăng trưởng kinh tế và dân số, chiếm từ 8% đến 12% lượng rác thải rắn thải ra môi trường Khi rác thải nhựa (chai nước, dụng cụ sinh hoạt) và túi nilon trở thành mảnh vụn và dưới tác động của sóng, nước, gió chúng trở thành thức ăn cho các loài sinh vật biển, gián tiếp gây hại cho sức khỏe con người Đây là gánh nặng cho môi trường, thậm chí dẫn đến thảm họa môi trường nghiêm trọng, không thể kiểm soát [4]

1.2.2 Các phương pháp tái chế hoặc xử lý rác thải nhựa

Có nhiều phương pháp khác nhau để xử lý chất thải nhựa, từ chôn lấp trong bãi chôn lấp, đốt, tái chế thành các sản phẩm mới Trên toàn cầu, sản lượng nhựa ước tính đạt 380 triệu tấn vào năm 2018 Kể từ năm 1950 đến 2018, khoảng 6,3 tỷ tấn nhựa đã được sản xuất trên toàn thế giới, trong đó 9% và 12% số đó tương ứng được tái chế và đốt [5] Thậm chí, ở các nước phát triển như Mỹ, tỷ lệ tái chế và đốt cũng rất thấp (Bảng 1.1)

Copies for internal use only in Phenikaa University

Bảng 1.1: Khối lượng nhựa từ vỏ hộp và màng mỏng từ 1960-2018 tại Mỹ (đơn vị nghìn tấn)

Management

Pathway 1960 1970 1980 1990 2000 2005 2010 2015 2017 2018 Generated/Sản

xuất 120 2,090 3,400 6,900 11,190 12,420 13,680 14,680 14,490 14,530Recycled/Tái chế 102601,0301,2801,8502,1501,8901,980

Composted/Ủ - - - - Combustion with

Energy

Recovery/ Đốt để tạo năng lượng

Copies for internal use only in Phenikaa University

các chất độc hại lẫn trong nước của bãi chôn lấp có thể bị rò rỉ vào nguồn nước ngầm, thậm chí gây ô nhiễm vùng đất xung quanh Do đó, hiện nay phương pháp chôn lấp đang dần được hạn chế và tiến tới loại bỏ hoàn toàn

1.2.2.2 Đốt

Thiêu đốt được áp dụng rộng rãi như một trong những phương pháp xử lý được sử dụng để xử lý khối lượng chất thải rắn lớn Phương pháp đốt có thể xử lý khoảng 80% đến 90% các loại nhựa với kích thước khác nhau [8] Phương pháp đốt có thể xử lý khoảng 80% đến 90% các loại nhựa với kích thước khác nhau Phương pháp đốt rác giúp xử lý rác thải nhựa ở quy mô công nghiệp Bên cạnh đó, nó tạo ra nhiệt lượng được sử dụng để phát điện và ứng dụng ở các lĩnh vực khác Hàm lượng hữu cơ của nhựa thải bị đốt cháy và sinh ra nhiệt, trong khi hàm lượng vô cơ tạo thành tro Sản phẩm cuối cùng của quá trình đốt bao gồm tro, nhiệt và khí đốt[9] Hình 1 cho thấy quy trình đốt rác thải nhựa

Hình 1.2: Quy trình đốt rác thải nhựa

Để có hiệu quả tối ưu, bất kỳ lò đốt rác nào cũng cần chú ý vào 3 thông số viết tắt là “3T” Ba chữ T viết tắt của “Time” (thời gian), “Temperature” (nhiệt độ) và “Turbulence” (sự nhiễu loạn) Ba chữ T này đóng vai trò rất quan trọng trong việc xác định hiệu quả của lò đốt Thời gian đốt nào tương ứng với thời gian hình thành của khí đốt trong hệ thống thứ cấp Nhiệt độ trong (các) buồng đốt chịu trách nhiệm đốt cháy hoàn toàn các chất hữu cơ; hầu hết các lò đốt được thiết kế để hoạt động trong

Copies for internal use only in Phenikaa University

khoảng 900 ÷ 1100oC Sự nhiễu loạn đại diện cho hoạt động của dòng khí đốt trong lò đốt; sự nhiễu loạn là một thông số cần thiết ảnh hưởng đến hiệu quả đốt cháy [10] Việc đốt chất thải nhựa sẽ thải ra khí thải độc hại và các thành phần có hại, bao gồm vật chất dạng hạt, điôxin, CO, furan; kim loại và clorua hữu cơ dễ bay hơi [5] Bên cạnh đó, phương pháp đốt yêu cầu chất thải có độ ẩm dưới 60% vì nó sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất quá trình đốt Tuy nhiên, các khí thải độc hại thải ra trong quá trình đốt có thể được thu hồi và xử lý để không ảnh hưởng đến môi trường và phương pháp đốt vẫn là một trong những phương pháp chính để xử lý rác thải nhựa

1.2.2.3 Nhiệt phân

Nhiệt phân là một phương pháp xử lý theo công nghệ tiêu hủy nhiệt, theo đó chất thải được phân hủy nhiệt ở nhiệt độ cao hơn trong điều kiện trơ, không có oxy Các sản phẩm chính của quá trình nhiệt phân là khí, chất lỏng (nhiên liệu) và cặn rắn giàu carbon được gọi là than (Hình 2) Trong quá trình nhiệt phân, chất thải nhựa được phân hủy thành carbon monoxide, hydro, metan và hydrocarbon chất lượng cao, có thể được sử dụng làm nhiên liệu [11]

Tùy thuộc vào điều kiện nhiệt phân: nhiệt độ, thời gian tiếp xúc, loại chất thải, xúc tác, tỷ lệ của các sản phẩm này có thể khác nhau và có thể tối ưu hóa cho các mục đích khác nhau Nếu mục đích cần tạo ra than thì chất thải nhựa sẽ được nhiệt phân ở nhiệt độ thấp (400 ÷ 500oC) trong thời gian dài (vài phút hoặc giờ), còn nếu sản phẩm cần khí hoặc chất lỏng, nhựa thải sẽ được tiếp xúc với nhiệt độ rất cao (500 ÷ 1000oC) trong thời gian rất ngắn (vài giây hoặc đôi khi < 1 giây) Điều kiện thứ hai được gọi là "nhiệt phân nhanh" Sản phẩm của quá trình này chủ yếu ở dạng lỏng, còn được gọi là chất lỏng nhiệt phân, do sản phẩm khí của quá trình nhiệt phân nhanh được làm lạnh nhanh và ngưng tụ [10]

Demirbas dựa trên hỗn hợp polyolefin và PS được thu gom từ bãi chôn lấp chiếm khoảng 46,6% trọng lượng tổng chất thải nhựa tạo ra 35% trọng lượng than và 2,2% trọng lượng khí Baiden đã tiến hành nhiệt phân hỗn hợp nhựa phế thải bao gồm HDPE, LDPE, PP và Polyurathane nhiệt dẻo (TPU) Kết quả thu được năng suất sản phẩm lỏng cao nhất thu được khi sử dụng điệp áp 80 V trong 55 phút và bằng 89,5%

Copies for internal use only in Phenikaa University

khối lượng ban đầu của mẫu chất thải nhựa bị nhiệt phân Nhiệt độ phản ứng tối đa được ghi nhận cho năng suất này là 497–500℃ Donaj và cộng sự đã tiến hành nghiên cứu nhiệt phân nhựa hỗn hợp polyolefin bao gồm 46% trọng lượng LDPE, 30% trọng lượng HDPE và 24% trọng lượng PP Họ đã tiến hành hai bộ thí nghiệm ở 650 và 730℃ bằng phương pháp nhiệt phân và ở 500 và 650 ℃ sử dụng chất xúc tác Z–N trong lò phản ứng tầng sôi thạch anh Tỷ lệ % khối lượng khí/lỏng/rắn thông qua quá trình nhiệt phân lần lượt là: 36,9/48,4/15,7 wt% và 42,4/44,7/13,9% khối lượng ở 650 và 730℃ trong khi qua nhiệt phân xúc tác là: 6,5/89,0/4,5% khối lượng và 54,3/41,9/3,8 % khối lượng tương ứng ở 500 và 650℃ [12]

Pratama và Saptoadi đã nghiên cứu quá trình nhiệt phân nhựa phế thải hỗn hợp (Waste Polyethylene (PE), Polypropylene (PP), Polystyrene (PS), Polyethylene Terepthalate (PET)) trong hai giai đoạn lò phản ứng mẻ: lò phản ứng nhiệt phân và lò phản ứng cải cách xúc tác, ở nhiệt độ tối đa lần lượt là 500℃ và 450℃ Kết quả thu được tỷ lệ phần trăm nhiên liệu lỏng có thể đạt được cao nhất là 45,13% có nguồn gốc từ 50% PE, 40% PP và 10% PS [13]

Ưu điểm của phương pháp nhiệt phân là có khả năng xử lý cả rác thải nhựa bẩn chưa phân loại Công nghệ nhiệt phân phù hợp với hầu hết các loại nhựa phế thải, kể cả loại chưa rửa, chưa phân loại Đối với một nhà máy nhiệt phân nhựa phế thải hàng loạt, không cần phải thực hiện các công việc băm nhỏ Tất cả các quá trình từ nhựa đến nhiên liệu được thực hiện bên trong lò phản ứng nhiệt phân chất thải cùng với hệ thống phụ kiện của nó, rất thuận tiện và tiết kiệm sức người Bên cạnh đó, nhiệt phân không độc hại và không có khí thải gây hại cho môi trường Nhiên liệu lỏng từ rác thải nhựa có nhiệt trị cao hơn do chúng nặng hơn so với nhiên liệu cấp thương mại thông thường Nhược điểm của nhiệt phân là khó kiểm soát sản phẩm và hiệu suất thấp

Các nghiên cứu hiện nay về phương pháp này chủ yếu tập trung vào tối ưu hóa các thông số nhiệt phân nhựa, phát triển chất xúc tác, phân tích động học và thiết kế lò phản ứng, nhằm nâng cao năng suất và độ chọn lọc của sản phẩm Các chất xúc tác

Copies for internal use only in Phenikaa University

Al-SBA-15, chất xúc tác tổng hợp từ tro bay, zeolit (ZSM-5, Y, ) và đất sét, đã được phát triển và sử dụng để nâng cao sản lượng dầu nhiệt phân

1.2.2.4 Khí hóa

Không giống như phương pháp đốt hoặc nhiệt phân, mục tiêu của phương pháp khí hóa là chuyển đổi chất thải rắn chứa vật liệu carbon thành nhiên liệu khí dễ cháy (hỗn hợp CO, H2, CH4 và CO2) [14] Trong quá trình khí hóa, môi trường khí hóa (hơi nước, không khí, oxy hoặc các chất khác) tương tác với chất thải nhựa ở nhiệt độ cao (550 ÷ 1000oC) theo tỷ lệ nhất định, và chất thải nhựa được khí hóa thông qua quá trình oxy hóa một phần (tạo ra CO và H2) thay vì bị oxy hóa hoàn toàn thành khí cacbonic và H2O Quá trình khí hóa có thể đạt được theo ba bước, trong đó bước đầu tiên là khử nước (loại bỏ độ ẩm), sau đó quá trình khử bay hơi diễn ra Bước cuối cùng là bơm môi trường khí hóa và khí hóa than [15] Các phản ứng hóa học chính xảy ra trong quá trình khí hóa được tổng hợp trong Bảng 1.2

Bảng 1.2: Các phản ứng hóa học chính xảy ra trong quá trình khí hóa [16]

1 Oxy hóa một phần CnHmOk CnHm + O2 ↔ H2 + nCO

2 Khí hóa bằng nước CnHm + nH2O ↔ (𝑛 + )H2 + nCO

3 Khí hóa bằng CO2 CnHm + nCO2 ↔ H2 + 2nCO

Copies for internal use only in Phenikaa University

8 Khí hóa C + 2H2 → CH4

Một sản phẩm phụ quan trọng khác của quá trình khí hóa là cặn rắn, không thể chuyển đổi thành các sản phẩm lỏng hoặc khí như khoáng chất, kim loại và cacbon cố định Các sản phẩm này được gọi là than (còn được gọi là tro khí hóa)

Khí tổng hợp được sản xuất từ chất thải rắn có thể được phân thành ba loại sau:  Khí tổng hợp có nhiệt trị thấp;

 Khí tổng hợp có nhiệt trị trung bình;  Khí tổng hợp có nhiệt trị cao

Khí tổng hợp có nhiệt trị thấp có lẫn một lượng đáng kể N2 hoặc CO2, làm giảm nhiệt trị của nó (3,5 ÷10 MJ/m3) Loại nhiên liệu này có thể được sử dụng cho quá trình đốt cháy đơn giản, nhiên liệu khí không cần có độ tinh khiết cao Khí tổng hợp nhiệt trị trung bình có nhiệt trị tương đối cao (10 ÷ 20 MJ/m3) và phù hợp để sử dụng làm khí nhiên liệu trong tuabin khí, trong khi khí tổng hợp nhiệt trị cao (20 ÷ 35 MJ/m3) có thể được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau chẳng hạn như tuabin khí, sản xuất hydro và khí tự nhiên tổng hợp (SNG) và các loại nhiên liệu khác [10]

Copies for internal use only in Phenikaa University

Trước khi cung cấp SNG vào đường ống cần phải loại bỏ N2 vì hàm lượng N2 cao hơn làm giảm nhiệt trị của SNG Hình 3 trình bày quá trình chuyển hóa chất thải rắn (sinh khối) thành SNG:

Hình 1.3: Các bước chuyển hóa chất thải rắn thành khí tổng hợp (SNG) [15] Bản chất của hệ thống khí hóa là một lượng oxy hạn chế được cung cấp cho chất thải rắn để carbon (C) chỉ được chuyển đổi thành CO chứ không phải thành CO2, tương tự, hydro cũng chỉ được chuyển đổi thành H2 và không thành H2O Do đó, điều rất cần thiết là hệ thống phải được trộn đều, sao cho có thể tránh được tình trạng oxy được cung cấp quá nhiều cho chất thải rắn: phần tiếp xúc giữa chất thải rắn quá trình oxy hóa hoàn toàn, trong khi phần còn lại của sinh khối vẫn chưa phản ứng và không tiếp xúc với oxy Trong toàn bộ lò phản ứng cần đảm bảo chất thải rắn được chuyển đổi đồng nhất (đều bị oxy hóa một phần)

Hình 1.4: Các loại hệ thống khí hóa thường được sử dụng

Các loại hệ thống khí hóa thường được sử dụng để khí hóa sinh khối: tầng cố định, tầng sôi và khí hóa plasma:

Copies for internal use only in Phenikaa University

 Các thiết bị khí hóa tầng cố định có thể được chia thành hai loại, loại lên và loại xuống Khi dòng chảy của môi trường khí hóa (khí đồng tác dụng) đi từ trên xuống, thì nó được gọi là dòng chảy xuôi chiều và khi nó đi từ dưới lên, nó được gọi là dòng chảy ngược chiều

 Lò phản ứng tầng sôi có thể phù hợp hơn cho việc xử lý chất thải đô thị vì chúng có khả năng tiếp xúc với khí và rắn tốt hơn Lò phản ứng tầng sôi cũng được chia thành hai loại:

 Thiết bị khí hóa tầng sủi bọt

 Thiết bị khí hóa tầng chảy tuần hoàn

 Trong lò phản ứng khí hóa plasma hoặc khí hóa hồ quang plasma, một hồ quang điện được tạo ra để đạt được nhiệt độ rất cao trong bình kín Một khí trơ như nitơ lấp đầy lò phản ứng plasma (thường được làm bằng thép không gỉ), và một dòng điện cao được tạo ra để chạy qua các điện cực Dòng điện cao này làm xuất hiện hồ quang điện và chuyển khí thành plasma Plasma nhiệt độ cao này chứa đủ năng lượng để phân hủy hầu hết mọi vật liệu tiếp xúc với hồ quang plasma này Ngay khi bất kỳ vật liệu phế thải nào tiếp xúc với vòng cung này, nó sẽ phân hủy thành các nguyên tố cơ bản của nó (các phân tử phức tạp phân hủy thành nguyên tử) và tạo ra khí tổng hợp và vật liệu giống như thủy tinh làm đầu ra Khí tổng hợp này có thể được tinh chế và sử dụng cho nhiều mục đích như sản xuất điện và chuyển đổi thành nhiều loại nhiên liệu, bao gồm khí tự nhiên, hydro, ethanol,

Đối với phương pháp khí hóa, cần phải chú ý đến các thông số quan trọng cơ bản trong quá trình khí hóa vật liệu nhựa như:

 Kích thước: Kích thước nguyên liệu càng nhỏ thì truyền nhiệt càng tốt Khi đó, nhiệt độ đồng đều dẫn đến phản ứng diễn ra trong toàn bộ các hạt Trong trường hợp chất thải nhựa có nhiều hình dạng và kích cỡ khác nhau, cần cắt nhỏ tạo ra nguyên liệu có đường kính dưới 6 cm [17]

 Nhiệt độ: Nhiệt độ ảnh hưởng đến khối lượng và thành phần của khí tổng hợp tạo thành Nhiệt độ khí hóa tăng làm tăng lượng khí tạo thành và giảm khối lượng hắc ín và than Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng hàm lượng H2 trong khí tổng hợp tăng khi

Copies for internal use only in Phenikaa University

nhiệt độ khí hóa tăng Hiện tượng này là do sự phân hủy hóa học (cracking nhiệt) của các polyme ưu tiên tạo ra các khí vĩnh cửu như H2 và CO ở nhiệt độ cao [18]

 Qin và cộng sự đã kiểm tra tác động của nhiệt độ phản ứng đối với quá trình khí hóa sinh khối trong lò phản ứng dòng chảy cuốn theo áp suất khí quyển ở trong phòng thí nghiệm Họ quan sát thấy rằng bằng cách tăng nhiệt độ từ 1000 lên 1350°C, khối lượng khí tạo hành (bao gồm H2, CO, CO2 và hydrocacbon lên đến C3) tăng lên đến 72% Đồng thời, nhiệt độ cao hơn làm giảm lượng hắc ín tạo ra Tóm lại, nhiệt độ vận hành cao hơn 800°C được khuyến nghị để giảm thiểu sự hình thành hắc ín Tuy nhiên, những nhiệt độ cao này tạo điều kiện thuận lợi cho sự hình thành tro Hơn nữa, nhiệt độ cao hơn dẫn đến quá trình oxy hóa xảy ra triệt để hơn, làm giảm năng lượng hóa học của khí tổng hợp [19]

 Tốc độ gia nhiệt: Tốc độ gia nhiệt là một trong những thông số chính ảnh hưởng đến quá trình phân hủy chất thải nhựa Đặc biệt, nó quyết định năng suất và thành phần của các sản phẩm dẫn xuất của bước nhiệt phân Quá trình nhiệt phân liên quan đến quá trình bẻ gãy các cấu trúc polyme để chuyển đổi nguyên liệu thành than và chất khí [20] Nói chung, khối lượng than tăng ở tốc độ gia nhiệt thấp hơn Do đó, các quy trình nhiệt phân chậm luôn được ưu tiên để sản xuất than củi Nhiệt độ nhiệt phân cao hơn, tốc độ gia nhiệt cao và thời gian lưu lâu dẫn đến sự hình thành các sản phẩm khí tăng lên

 Môi trường và lò phản ứng: môi trường phản ứng (không khí/oxy) dẫn đến quá trình khí hóa hoàn toàn còn môi trường trơ (nitơ/argon) hỗ trợ quá trình khử (nhiệt phân) tạo ra nhiều than hơn Vật liệu nhựa có một số đặc điểm đặc biệt do tính dẫn nhiệt thấp, tính chất dính khi nung nóng, hàm lượng chất dễ bay hơi cao và dễ hình thành hắc ín Do đó, khi thiết kế lò phản ứng xử lý nhựa phải tính đến các tính chất này [21] Vật liệu nhựa có một số đặc điểm đặc biệt do tính dẫn nhiệt thấp, tính chất dính khi nung nóng, hàm lượng chất dễ bay hơi cao và dễ hình thành hắc ín Do đó, khi thiết kế lò phản ứng xử lý nhựa phải tính đến các tính chất này

Do đó, khí tổng hợp được sản xuất thông qua quá trình khí hóa thân thiện với môi trường hơn so với phương pháp đốt cháy Nhược điểm của khí hóa là do sử dụng

Copies for internal use only in Phenikaa University

không khí làm tác nhân khí hóa dẫn đến giảm nhiệt trị của khí tổng hợp, nếu xử lý khí để chuyển thành khí hóa lỏng thì chi phí rất cao [22]

Công nghệ khí hóa đã được ứng dụng thực tế trong lĩnh vực tái chế nhựa, với các nhà máy (Enerkem, Sierra Energy) hiện đang hoạt động ở quy mô công nghiệp Tuy nhiên, hiện nay công nghệ này chưa được khai thác nhiều so với các hình thức tái chế khác như tái chế cơ học hay nhiệt phân Chi phí cao và sự phức tạp của quy trình gây khó khăn cho việc triển khai các nhà máy trên quy mô lớn Do đó, việc cải tiến quy trình nhằm đơn giản hóa và giảm chi phí vẫn đang là bài toán đặt ra cho các nhà khoa học [19]

1.2.2.5 Phân hủy sinh học

Sự phân hủy sinh học của nhựa là một phương pháp xử lý thân thiện với môi trường, không tạo ra bất kỳ sản phẩm phụ nào [23] Phân hủy sinh học của nhựa là một quá trình trong đó nhựa hoặc polyme bị phân hủy bởi các sinh vật sống hoặc vi sinh vật, ví dụ: động vật không xương sống, vi khuẩn, nấm và thậm chí cả tảo Sản phẩm cuối cùng của quá trình này là CO2, H2O hoặc sinh khối không độc hại khác Công nghệ phân hủy sinh học có thể được chia thành hai loại Một là sử dụng các động vật không xương sống như sâu sáp và sâu bột để ăn nhựa và phân hủy nhựa trong ruột của chúng Loại còn lại là sử dụng vi sinh vật để phân hủy nhựa và cuối cùng chuyển nhựa thành các chất không độc hại

Vào những năm 1950, các nhà nghiên cứu đã quan sát thấy một số loài bọ cánh cứng và ấu trùng trong họ Tenebrionidae, họ Anobiidae và Dermestidae có khả năng ăn và phân hủy nhựa màng mỏng [24] Năm 2014, Yang et al lần đầu tiên báo cáo các loài vi khuẩn trong ruột của sâu sáp có thể phân hủy màng PE Phát hiện này đã gây ra sự quan tâm rộng rãi của các nhà khoa học trong sử dụng côn trùng để phân hủy nhựa Gần đây, sâu gạo đã được sử dụng để phân hủy nhựa PS bằng cách chuyển đổi nhựa thành CO2 thông qua vi khuẩn đường ruột của chúng Báo cáo này một lần nữa chứng minh rằng một số động vật không xương sống trong tự nhiên có khả năng phân hủy chất thải nhựa nhờ ruột của chúng có thể tạo ra các loại vi khuẩn làm phân hủy

Copies for internal use only in Phenikaa University

nhựa Brandon et al đã sử dụng giun bột để phân hủy PE và PS và thấy rằng tốc độ phân hủy sinh học của PE tương đương với PS

Phân hủy sinh học nhựa có ưu điểm là nhiệt độ yêu cầu thấp và sản phẩm thân thiện với môi trường Tuy nhiên, chúng cần yêu cầu các giai đoạn tiền xử lý và thời gian xử lý lâu, khả năng xử lý qui mô nhỏ và hiệu quả kinh tế thấp

1.2.2.6 Tái chế bằng phương pháp cơ học

Theo báo cáo của Garcia và Robertson, tái chế 1 tấn rác thải nhựa sẽ tiết kiệm tới ~130 triệu kJ năng lượng Tiết kiệm năng lượng hàng năm từ tái chế tất cả rác thải nhựa toàn cầu tương đương với 3,5 tỷ thùng dầu, tương đương khoảng 176 tỷ USD [25] Do đó, việc nghiên cứu các công nghệ tái chế có ý nghĩa rất lớn đối với sự phát triển trong tương lai Một trong những phương pháp tái chế phổ biến là phương pháp tái chế bằng xử lý cơ học để chế tạo vật liệu polyme composite [26]

Quá trình này thường bao gồm thu thập, phân loại, rửa, cắt vật liệu, sau đó đem đi xử lý cơ học Các bước có thể sử dụng hoặc không thực hiện và có thể diễn ra theo thứ tự khác nhau, tùy thuộc vào nguồn gốc và thành phần của chất thải Phương pháp tái chế bằng xử lý cơ học bao gồm gia nhiệt, tạo hạt và ép/đúc lại dưới áp suất và nhiệt độ cao Phương pháp xử lý cơ học này chủ yếu sử dụng cho nhựa màng mỏng có tính chất kém hơn Ưu điểm của phương pháp này là ít tốn năng lượng, chi phí thấp và không sử dụng hóa chất độc hại Nhược điểm là số lượng chu trình tái chế bằng phương pháp cơ học bị hạn chế và phương pháp thường làm giảm độ bền kéo của nhựa [26] Tuy nhiên, nhược điểm này có thể được cải thiện bằng việc bổ sung thêm chất gia cường Do đó, hiện nay, tái chế bằng bằng phương pháp cơ học đang được ứng dụng ngày càng nhiều để xử lý rác thải nhựa ở quy mô công nghiệp

Copies for internal use only in Phenikaa University

Hình 1.5 : Quy trình tái chế rác thải nhựa bằng phương pháp cơ học [26] Hiện nay, trên thế giới đã có rất nhiều nghiên cứu của các nhà khoa học về tái chế rác thải nhựa bằng phương pháp cơ học như:

 Ridham Dhawan và các cộng sự [27] đã chế tạo gạch composite từ nhựa PE phế thải được gia cường bằng tro bay (FA) và chất chống cháy bằng máy đùn trục vít đôi ở nhiệt độ 110 -180oC sau đó đúc thành gạch composite Kết quả thu được Composite (LFTP3) có tỷ lệ tro bay và chất chống cháy thích hợp có khả năng bắt lửa giảm với tốc độ cháy tuyến tính là 4,36 mm/phút và độ bền kéo 9,68 MPa

 Richard P Turner và các cộng sự [28] lại sử dụng hỗn hợp polypropylene (PP), polyethylene (PE) và polyethylene terephthalate (PET) gia cường bằng sợi thủy tinh để chế tạo vật liệu polyme composite để làm cột điện, tà vẹt đường sắt và hàng rào Theo nghiên cứu này, nhựa thải được cắt nhỏ, sấy khô và trộn khô cùng sợi thủy tinh, sau đó đưa vào một máy đùn trục vít ở tốc độ 100 vòng/phút với nhiệt độ 190°C ở vùng cấp liệu, 200°C ở vùng nóng chảy và 210°C ở khuôn để tạo hạt Quá trình này

Copies for internal use only in Phenikaa University

giúp các polyme không thể trộn lẫn được với nhau thành chất dẻo tổng hợp Hỗn hợp ép đùn được đưa trực tiếp vào khuôn có hình dạng và chiều dài mong muốn, sau đó được làm nguội trước khi đẩy ra dưới dạng thành phẩm

 Vật liệu polyme composite từ High-density polyethylene (HDPE) phế thải và tro trấu đã được Qingfa Zhang và các cộng sự nghiên cứu [29] Theo nghiên cứu này, HDPE và tro trấu được trộn khô bằng máy trộn tốc độ cao sau đó đưa vào máy đùn trục vít đôi ở nhiệt độ từ 135 -185oC với tốc độ 30 vòng/phút Kết quả thu được vật liệu composite phân hủy sinh học có độ bền uốn và kéo lên tới 53,7 và 20 MPa, vượt xa WPC (vật liệu composite từ nhựa gỗ)

 Diego David Pinzón Moreno và Clodoaldo Saron đã sử dụng Low-density polyethylene (LDPE) và gỗ vụn để chế tạo vật liệu polyme composite LDPE và gỗ vụn được sấy ở 90oC trong 14h sau đó trộn khô Sau đó, hỗn hợp được tạo hạt bằng máy đùn trục vít ở nhiệt độ 120 - 150°C với tốc độ trục vít 80 vòng/phút Sản phẩm composite thu được có cường độ chịu kéo lên đến 12,5 Mpa [30]

 Wicaksono và cộng sự đã nghiên cứu các tính chất cơ học và vật lý của chất thải nhựa PP và LDPE với bột gỗ tếch được sử dụng làm chất độn để sản xuất vật liệu polyme composite Kết quả cho thấy vật liệu tổng hợp dựa trên LDPE dẫn đến các tính chất cơ học và vật lý tốt hơn so với vật liệu tổng hợp dựa trên PP Tỷ lệ tốt nhất của WPC là 70% LDPE và 30% bột gỗ tếch

Việt Nam đứng thứ 4 trên 20 quốc gia quốc gia có lượng rác thải nhựa xả ra biển nhiều nhất trên thế giới Do đó, vấn đề xử lý rác thải nhựa đang là một vấn đề bức thiết Đã có một số đề tài và công trình nghiên cứu như:

 Năm 2019, dự án Oculoplastic của nhóm sinh viên Trường Đại Học Bách khoa (ĐH Quốc gia TP.HCM) đã sản xuất gạch nhẹ từ nhựa PS thải và giành được giải nhì cuộc thi "Tìm kiếm ý tưởng sáng tạo vì một đại dương không nhựa" do UNESCO tổ chức

 Năm 2020, một nhóm sinh viên trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM đã nghiên cứu chế tạo sản xuất gạch, ngói từ rác thải nhựa và cát

Copies for internal use only in Phenikaa University