nghiên cứu điều kiện tái chế plastic từ thiết bị điện tử thải bỏ phù hợp với điều kiện việt nam

đại học quốc gia hà nội tr-ờng đại học khoa học tự nhiên ****** NGUYN TH THU NINH Nghiên cứu IU KIN TI CH PLASTIC T THIT B IN T THI B PH HP VI IU KIN VIT NAM Luận văn thạc sĩ khoa học Hà Nội - 2012 đại học quốc gia hà nội tr-ờng đại học khoa học tự nhiên NGUYN TH THU NINH Nghiên cứu IU KIN TI CH PLASTIC T THIT B IN T THI B PH HP VI IU KIN VIT NAM Chuyên ngành: Hóa mụi trng Mã số : 604441 Luận văn thạc sĩ khoa học Ng-ời h-ớng dẫn khoa học: PGS.TS. Quang Trung Hà Nội - 2012 Khoa Hóa học Luận văn thạc sĩ Nguyễn Thị Thu Ninh Trường ĐH Khoa học Tự nhiên 73 MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 PHẦN I: TỔNG QUAN 3 1. 1. Thực trạng quản lý và xử lý nhựa thải từ thiết bị điện tử 3 1.1.1. Tình hình quản lý chất thải điện tử trên thế giới 3 1.1.2. Đặc tính của nhựa trong thiết bị điện tử 5 1.1.3. Thực trạng phát sinh và quản lý nhựa thải từ thiết bị điện tử ở Việt Nam 12 1.1.4. Tình hình xử lý nhựa thải từ thiết bị điện tử ở Việt Nam 15 1.2. Công nghệ xử lý và tái chế nhựa 17 1.2.1. Tính chất hoá - lý của một số loại nhựa 17 1.2.1.1. Nhựa Acrylonitril butadien Styren (ABS) 17 1.2.1.2. Polyetylen (PE) 18 1.2.1.3. Nhựa Polyvinyl clorua (PVC) 20 1.2.1.4. Polypropylen (PP) 21 1.2.2. Giới thiệu một số phương pháp xử lý và tái chế nhựa 23 PHẦN II: THỰC NGHIỆM 31 2.1. Hoá chất, dụng cụ, thiết bị 31 2.1.1. Hoá chất và nguyên liệu 31 2.1.2. Dụng cụ và máy móc………………………………………………… 31 2.2. Xử lý nhựa ABS tái chế và nhựa bản mạch 31 2.2.1. Xử lý nhựa ABS tái chế 31 2.2.2. Xử lý nhựa bản mạch…………………………………………………….32 2.3. Chế tạo vật liệu compozit 32 2.4. Các phương pháp nghiên cứu 32 2.4.1. Phương pháp lưu biến trạng thái nóng chảy 32 Khoa Hóa học Luận văn thạc sĩ Nguyễn Thị Thu Ninh Trường ĐH Khoa học Tự nhiên 74 2.4.2. Phương pháp xác định tính chất cơ học 33 2.4.3. Phương pháp đo độ bền uốn của vật liệu 35 2.4.4. Phương pháp đo độ bền va đập 36 2.4.5. Phổ hồng ngoại phân tích chuỗi Fourie (FTIR) 37 2.4.6. Phương pháp kính hiển vi trường điện tử phát xạ (FESEM) 37 2.4.7. Các phương pháp phân tích nhiệt 38 PHẦN III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 40 3.1. Khảo sát tái chế nhựa ở thôn Minh Khai - Như Quỳnh - Hưng Yên ( Làng Khoai) 40 3.1.1. Giới thiệu về làng Khoai 40 3.1.2. Thực trạng thu gom và tái chế nhựa ở Minh Khai - Như Quỳnh - Hưng Yên 41 3.2. Khảo sát khả năng tái chế nhựa ABS 45 3.2.1. Phân tích đánh giá thành phần nhựa ABS nguyên chất và nhựa ABS tái chế bằng phương pháp FTIR 45 3.2.2. Khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ pha trộn giữa nhựa ABS nguyên chất và nhựa ABS tái chế 47 3.2.2.1. Tính chất lưu biến trạng thái nóng chảy của tỉ lệ pha trộn nhựa ABS nguyên chất và nhựa ABS tái chế 47 3.2.2.2. Ảnh hưởng tỉ lệ pha trộn giữa nhựa ABS nguyên chất và nhựa ABS tái chế đến tính chất cơ lý của compozit………………………………… 48 3.2.2.3. Phân tích nhiệt tổ hợp nhựa ABS với hàm lượng nhựa ABS tái chế 20% 51 3.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của kích thước bột nhựa bản mạch 52 3.2.3.1. Tính chất lưu biến trạng thái nóng chảy của tổ hợp nhựa khi trộn bột nhựa bản mạch với các kích thước hạt khác nhau 52 Khoa Hóa học Luận văn thạc sĩ Nguyễn Thị Thu Ninh Trường ĐH Khoa học Tự nhiên 75 3.2.3.2. Ảnh hưởng của kích thước bột nhựa bản mạch đến tính chất cơ lý của compozit 53 3.2.4. Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng bột nhựa bản mạch nền tổ hợp nhựa ABS 56 3.2.4.1. Tính chất lưu biến trạng thái nóng chảy của tổ hợp nhựa khi trộn bột nhựa bản mạch với các hàm lượng khác nhau 56 3.2.4.2. Tính chất cơ lý của compozit. 57 3.2.5. Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng axit stearic/ tổ hợp nhựa ABS /bột nhựa bản mạch 61 3.2.5.1. Tính chất lưu biến trạng thái nóng chảy của tổ hợp nhựa khi trộn nhựa bản mạch được biến tính bằng axit stearic. 61 3.2.5.2. Tính chất cơ lý của compozit………………………………………62 3.2.6. Khảo sát tính chất nhiệt của vật liệu 64 3.2.7. Khảo sát sự tương hợp pha của vật liệu compozit bằng kính hiển vi điện tử 65 KẾT LUẬN 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 Khoa Hóa học Luận văn thạc sĩ Nguyễn Thị Thu Ninh Trường ĐH Khoa học Tự nhiên 76 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Lượng nhựa thải ra từ các thiết bị điện, điện tử ở các nước châu Âu 4 Hình 1.2. Các loại nhựa được sử dụng trong các sản phẩm điện tử 6 Hình 1.3. Các phương pháp xử lý, tái chế nhựa phế thải 24 Hình 2.1. Máy trộn kín hai trục và hệ thống đo lưu biến trạng thái nóng chảy Rheomix 610 33 Hình 2.2. Máy xác định tính chất cơ lý Tinius Olsen H100KU - Mỹ 33 Hình 2.3. Mẫu đo tính chất cơ lý 34 Hình 2.4. Máy đo độ bền va đập Radmana ITR 2000 – Australia 36 Hình 2.5. Máy đo phổ hồng ngoại NEXUS 670 (Mỹ) 37 Hình 2.6. Máy hiển vi trường điện tử phát xạ (FESEM) S-4800 38 Hình 2.7. Máy phân tích nhiệt Labsys - Setaram - Pháp 39 Hình 3.1. Vị trí làng Khoai 40 Hình 3.2. Quy trình xay, tạo hạt, sấy và đóng bao nhựa 43 Hình 3.3. Sơ đồ tái chế nhựa ở làng Khoai 43 Hình 3.4. Nguồn nước thải ra sau khi xử lý nhựa 44 Hình 3.5. Rác được chất đống và khói đốt bãi rác…………………………… 44 Hình 3.6. Phổ hồng ngoại của O.ABS 46 46 Hình 3.7. Phổ hồng ngoại của mẫu nhựa R.ABS (máy tính) 46 Hình 3.8. Đồ thị mômen xoắn của tổ hợp nhựa ABS chứa 0%, 5 %, 10%, 15%, 20%, 25% R.ABS. 47 Hình 3.9. Đồ thị ứng suất biến dạng của mẫu tổ hợp nhựa ABS với hàm lượng R.ABS là 0%(a), 5%(b), 10%(c), 15%(d), 20%(e), 25%(f) 49 Hình 3.10. Đồ thị sự phụ thuộc độ bền kéo vào hàm lượng R.ABS 50 Hình 3.11. Đồ thị sự phụ thuộc độ dãn dài vào hàm lượng R.ABS 50 Khoa Hóa học Luận văn thạc sĩ Nguyễn Thị Thu Ninh Trường ĐH Khoa học Tự nhiên 77 Hình 3.12. Giản đồ phân tích nhiệt của tổ hợp nhựa ABS 52 Hình 3.13. Đồ thị momen xoắn phụ thuộc vào kích thước NBM 53 Hình 3.14. Đồ thị ứng suất biến dạng của mẫu compozit trộn 10% NBM với kích thước hạt 0,6 mm(a), 0,4mm(b), 0,2mm(c), 0,1mm(d) 54 Hình 3.15. Đồ thị sự phụ thuộc kích thước hạt tới độ bền kéo compozit 55 Hình 3.16. Đồ thị sự phụ thuộc kích thước hạt tới độ dãn dài của compozit 55 Hình 3.18. Đồ thị ứng suất biến dạng của compozit trộn 5% NBM (a), 10% NBM (b), 15% NBM (c), 20% NBM (d), 25%(e) NBM 57 Hình 3.19. Đồ thị sự phụ thuộc độ bền kéo vào hàm lượng NBM 58 Hình 3.20. Đồ thị sự phụ thuộc độ dãn dài vào hàm lượng NBM 58 Hình 3.21. Đồ thị sự phụ thuộc mô đun kéo vào hàm lượng NBM 59 Hình 3.22. Đồ thị đo độ bền uốn vật liệu compozit chứa hàm lượng NBM 0%(a), 5%(b), 10%(c), 15%(d), 20(e), 25%(f) 59 Hình 3.23. Đồ thị phụ thuộc độ bền uốn vào hàm lượng NBM 60 Hình 3.24. Đồ thị phụ thuộc năng lượng va đập vào hàm lượng NBM 60 Hình 3.25. Đồ thị momen xoắn phụ thuộc hàm lượng axit Stearic biến tính NBM 61 Hình 3.26. Đồ thị ứng suất biến dạng của compozit trộn axit stearic 1%(a), 62 3%(b), 5%(c) 62 Hình 3.27. Đồ thị sự phụ thuộc độ bền kéo đứt và dãn dài vào 62 Hình 3.28. Đồ thị sự phụ thuộc mô đun kéo vào hàm lượng axit stearic 63 Hình 3.29. Đồ thị phụ thuộc độ bền uốn, va đập vào hàm lượng axit stearic khi biến tính NBM 64 Hình 3.30. Giản đồ phân tích TGA của mẫu tổ hợp nhựa ABS(xanh), ABS/15%NBM(đen), ABS/NBM/Stearic(đỏ) 65 Hình 3.31. Ảnh SEM của mẫu tổ hợp nhựa ABS (a), ABS/NBM (b), ABS/NBM/stearic (c) 66 Khoa Hóa học Luận văn thạc sĩ Nguyễn Thị Thu Ninh Trường ĐH Khoa học Tự nhiên 78 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Các chất độc hại trong rác thải điện, điện tử 11 Bảng 1.2. Một số tính chất cơ lý của ABS …………………………………… 17 Bảng 1.3. Một số tính chất của HDPE & LDPE ……………………………….19 Bảng 1.4. Một số tính chất cơ lý của PVC…………………………………… .20 Bảng 1.5. Một số tính chất cơ lý của PP ……………………………………….22 Bảng 1.6. Các loại nhựa được sử dụng trong các sản phẩm điện tử……………23 Bảng 3.1. Giá một số sản phẩm nhựa 41 Bảng 3.2. Sự phụ thuộc tính chất cơ lý vào hàm lượng R.ABS 49 Bảng 3.3. Ảnh hướng kích thước hạt NBM tới tính chất cơ lý compozit 54 Bảng 3.4. Sự phụ thuộc tính chất cơ lý của compozit vào hàm lượng NBM 58 Bảng 3.5. Độ bền uốn và năng lượng va đập của compozit vào hàm lượng NBM 60 Bảng 3.6. Sự phụ thuộc tính chất cơ lý của compozit vào hàm lượng axit Stearic 62 Bảng 3.7. Sự phụ thuộc độ bền uốn và năng lượng va đập của compozit vào hàm lượng NBM……………………………………………………………… 60 Khoa Hóa học Luận văn thạc sĩ Nguyễn Thị Thu Ninh Trường ĐH Khoa học Tự nhiên 79 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ABS Polyacrynonitril-Butadien-Styren O.ABS Nhựa Polyacrynonitril-Butadien-Styren nguyên chất R.ABS Nhựa Polyacrynonitril-Butadien-Styren tái chế HDPE Polyetylen tỷ trọng cao LDPE Polyetylen tỷ trọng thấp NBM Nhựa bản mạch PC Polycacbonat PET Polyetylen terephtalat PP Polypropylen PPE Polypropylen-etylen PVC Polyvinylclorua FESEM Kính hiển vi điện tử quét trường phát xạ DSC Phân tích nhiệt vi sai TGA Phân tích nhiệt trọng lượng XRD Nhiễu xạ tia X FTIR Phổ hồng ngoại phân tích chuỗi Fourier Khoa Hóa học Luận văn thạc sĩ Nguyễn Thị Thu Ninh Trường ĐH Khoa học Tự nhiên 1 MỞ ĐẦU Ngành điện tử ngày một phát triển, rác thải từ ngành này phát sinh ngày một nhiều làm tăng nguy cơ ô nhiễm và độc hại tới môi trường. Tuy nhiên việc xử lý rác thải điện tử đòi hỏi công nghệ phức tạp và chi phí khá tốn kém. Ngay ở các quốc gia phát triển, chỉ một phần nhỏ rác thải điện tử được xử lý, còn lại sẽ được thu gom và xuất sang các nước khác. Ở Việt Nam, vấn đề rác thải điện tử hầu như chưa được quan tâm trong khi nguy cơ từ loại rác thải này sẽ tăng nhanh trong thời gian tới. Hiện nay, việc thu gom, phân loại, xử lý hay tái chế rác thải điện tử ở nước ta chủ yếu là diễn ra một cách tự phát, vì lợi ích kinh tế là chính. Các làng nghề tái chế rác thải điện tử ở nước ta đã có dấu hiệu về sự ô nhiễm đối với nguồn đất, nước như khu vực Minh Khai - Văn Lâm - Hưng Yên hay khu Triều Khúc - Thanh Trì - Hà Nội. Trong khi đó, chúng ta lại chưa có đầy đủ cơ sở pháp lý, vốn và các điều kiện cần thiết cho xử lý và tái chế rác thải điện tử. Trước tình trạng đó, nếu chúng ta không chủ động tìm ra các biện pháp xử lý, tái chế rác thải điện tử phù hợp cho các làng nghề thì trong tương lai không xa, rác thải điện tử sẽ thực sự trở thành một mối lo ngại lớn đối với nước ta. Rác thải điện tử gồm 3 thành phần chính: kim loại, nhựa và thủy tinh. Trong đó lượng nhựa thải ra tương đối nhiều chiếm khoảng 30% chỉ sau kim loại (40%). Công nghệ xử lý bằng cách đốt, chôn lấp sẽ làm ô nhiễm, thoái hóa đất, phát sinh các khí độc gây ảnh hưởng lớn đến con người và môi trường xung [...]...Trường ĐH Khoa học Tự nhiên Khoa Hóa học (dioxin) Vì vậy cần có phương pháp xử lý tái chế hiệu quả và phù hợp với điều kiện thực tế Việt Nam Cũng chính vì những lý do trên mà trong luận văn này, chúng tôi tiến hành nghiên cứu điều kiện tái chế plastic từ thiết bị điện tử thải bỏ phù hợp với điều kiện Việt Nam Mục đích của luận văn này là giảm thiểu ô nhiễm môi trường đồng thời có thể ứng dụng... liên quan đến chất thải điện tử ở Việt Nam có thể trở nên nghiêm trọng hơn Hội nhập kinh tế sâu rộng hơn có thể làm gia tăng chất thải điện tử dân dụng do việc tiêu dùng nhiều hơn các thiết bị điện tử đã qua sử dụng ở Việt Nam Khoảng 20.000 bộ máy tính đã qua sử dụng được nhập vào Việt Nam mỗi tháng Tiêu dùng càng nhiều đồ điện tử cũng đồng nghĩa với việc càng nhiều chất thải điện tử thải vào môi trường... phẩm điện tử Loại thiết bị Loại nhựa Ti vi HIPS, ABS, PPE, PVC, PC Máy vi tính ABS, HIPS, PPO, PPE, PVC, PC/ABS Các loại thành phần và thiết bị HIPS, ABS, PVC, PPE, PC/ABS, khác PC… Về cơ bản, có bốn phương pháp xử lý, tái chế cho nhựa phế thải điện tử là: tái chế hoá học, tái chế cơ học, tái chế bằng nhiệt và chôn lấp [12] Các phương pháp này được trình bày tóm tắt ở hình 1.3 Hỗn hợp nhựa Tái chế hoá... 1.1.4 Tình hình xử lý nhựa thải từ thiết bị điện tử ở Việt Nam Rác thải điện tử ở các nước phát triển đã và đang được đẩy sang cho các nước đang và kém phát triển Ở những nơi này chúng được tái chế và xử lý rất thủ công, gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng tới sức khỏe người dân Rác thải điện tử nhập vào Việt Nam chủ yếu bằng đường biển Ở miền Bắc chủ yếu ở cảng Hải Phòng, miền Nam là ở thành phố Hồ Chí... lý theo các cách khác nhau Các chất thải có thể tái sử dụng hoặc tái chế sẽ được bán cho các cơ sở tái chế; các phần không tái chế được sẽ được thu gom, vận chuyển và xử lý theo cách chôn lấp hoặc chứa trong kho theo hợp đồng được ký với các công ty môi trường đô thị Khác với các chất thải thông thường, chất thải điện tử thường được thu gom và tái sử dụng, tái chế với tỷ lệ khá cao do có chứa các kim... Switzerland 14 Hình 1.1 Lượng nhựa thải ra từ các thiết bị điện, điện tử ở các nước châu Âu x 1000 tấn Nhưng thay vì tái chế tại chỗ, các nước này lại chọn cách nhanh gọn hơn: xuất khẩu ra nước ngoài Phần lớn loại rác thải điện tử được xuất khẩu sang những quốc gia đang phát triển dưới dạng đồ cũ để bán lại hoặc tái chế Theo Greenpeace, từ 50% – 80% rác thải điện tử ở Mỹ được xuất khẩu sang Trung Quốc,... Châu Âu (EC) ra chỉ thị chất thải từ các thiết bị điện và điện tử nhằm thúc đẩy việc tái sử dụng, tái chế, giảm thiểu và cũng yêu cầu các chất thải từ thiết bị điện và điện tử phải được phân Luận văn thạc sĩ 7 Nguyễn Thị Thu Ninh Trường ĐH Khoa học Tự nhiên Khoa Hóa học loại Quy định này đưa ra nhằm giải quyết nhanh chóng việc gia tăng nguồn chất thải phù hợp với các biện pháp của liên minh Châu Âu về... đã nghiên cứu song song ABS/HIPS phát sinh từ sự trộn hòa tan của các polyme trên Nghiên cứu về các đặc tính lưu biến cùng với các thông số cấu trúc và tính chất cuối cùng của hỗn hợp là nguồn dữ liệu cho quá trình tái chế Ngoài ra, thay vì ABS một mình, hỗn hợp ABS/HIPS có thể phù hợp để sử dụng làm chất phụ gia trong việc tái chế PC, góp phần làm giảm giá thành của các sản phẩm cuối Điều này phù hợp. .. bọt (CFC) cách điện Polyvinyclorua (PVC) Cáp cách điện Luận văn thạc sĩ Khi cháy gây nhiễm độc, chất phá hủy tầng ozon 11 Cháy ở nhiệt độ cao sinh ra dioxin, furan Nguyễn Thị Thu Ninh Trường ĐH Khoa học Tự nhiên Khoa Hóa học 1.1.3 Thực trạng phát sinh và quản lý nhựa thải từ thiết bị điện tử ở Việt Nam Vấn đề chất thải điện tử (e-waste) đang ngày càng gia tăng ở Việt Nam trong điều kiện hội nhập kinh... làng nghề tái chế nhựa ở Việt Nam, vừa đạt hiệu quả kinh tế cao lại vừa đảm bảo không gây ô nhiễm Luận văn thạc sĩ 2 Nguyễn Thị Thu Ninh Trường ĐH Khoa học Tự nhiên Khoa Hóa học PHẦN I: TỔNG QUAN 1 1 Thực trạng quản lý và xử lý nhựa thải từ thiết bị điện tử 1.1.1 Tình hình quản lý chất thải điện tử trên thế giới Khoa học kỹ thuật phát triển đã kéo theo sự ra đời hàng loạt các thiết bị điện tử Tuy nhiên, . lý tái chế hiệu quả và phù hợp với điều kiện thực tế Việt Nam. Cũng chính vì những lý do trên mà trong luận văn này, chúng tôi tiến hành nghiên cứu điều kiện tái chế plastic từ thiết bị điện. phát sinh và quản lý nhựa thải từ thiết bị điện tử ở Việt Nam 12 1.1.4. Tình hình xử lý nhựa thải từ thiết bị điện tử ở Việt Nam 15 1.2. Công nghệ xử lý và tái chế nhựa 17 1.2.1. Tính chất hoá. các thiết bị điện và điện tử. Dẫn đến, mỗi năm có một khối lượng lớn chất thải từ các thiết bị này. Mặt khác, gần đây ủy ban Châu Âu (EC) ra chỉ thị chất thải từ các thiết bị điện và điện tử