Nghiên cứu phân hủy cao su phế thải bằng phương pháp hóa nhiệt xúc tác

MỤC LỤC MỞ ĐẦU ……………………………………………………………………….1 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN 3 1.1. Tổng quan về cao su ……………………………………………………….3 1.1.1. Cao su thiên nhiên ……………………………………………………….4 1.1.2. Cao su tổng hợp ………………………………………………………….6 1.1.3. Các chất phối trộn với cao su 9 1.2. Hiện trạng ô nhiễm cao su phế thải 11 1.2.1. Hiện trạng ô nhiễm cao su phế thải trên thế giới ………………………11 1.2.2. Hiện trạng ô nhiễm cao su phế thải tại Việt Nam …………………… 12 1.3. Các phƣơng pháp xử lý cao su phế thải 13 1.3.1. Chôn lấp cao su phế thải ……………………………………………… 13 1.3.2. Thiêu đốt cao su phế thải ……………………………………………….13 1.3.3. Tái chế cao su phế thải 15 1.4. Lý thuyết quá trình nhiệt phân cao su phế thải 19 1.4.1. Đặc điểm nhiệt động học và động học các phản ứng chính xảy ra dƣới tác dụng của nhiệt 20 1.4.2. Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình nhiệt phân 21 1.5. Giới thiệu về phản ứng cracking xúc tác 23 1.5.1. Tổng quan cơ chế xúc tác và vai trò của xúc tác 23 1.5.2. Quá trình cracking xúc tác …………………………………………… 24 1.5.4. Chất xúc tác cracking ………………………………………………… 25 CHƢƠNG 2 ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 34 2.1. Đối tƣợng nghiên cứu 34 2.2. Thực nghiệm 34 2.2.1. Hóa chất, vật liệu ………………………………………………………34 2.2.2. Dụng cụ ……………………………………………………………… 35 2.2.3. Các thiết bị …………………………………………………………… 35 2.2.4. Sơ đồ thiết bị và thực nghiệm 35 2.2.5. Xác định tính chất của các sản phẩm thu đƣợc …………………………37 CHƢƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ………………………………….44 3.1. Khảo sát xúc tác sử dụng cho quá trình nhiệt phân 44 3.1.1. Zeolit 44 3.1.2. Phổ SEM của Bentonit giàu montmorillonit 46 3.2. Ảnh hƣởng của nhiệt độ và tỷ lệ xúc tác đến hiệu suất của quá trình phân hủy nhiệt cao su phế thải 47 3.2.1. Độ giảm khối lƣợng cao su phế thải ……………………………………47 3.2.2. Lƣợng sản phẩm lỏng thu đƣợc từ quá trình phân hủy nhiệt cao su ……49 3.2.3. Sản phẩm khí thu đƣợc sau quá trình phân hủy nhiệt đối với cao su … 50 3.2.4. Đánh giá ảnh hƣởng của nhiệt độ và xúc tác tới quá trình phân hủy nhiệt đối với cao su ………………………………………………………………….51 3.3. Khảo sát sản phẩm rắn, lỏng, khí sau phản ứng ……………………… 53 3.3.1. Sản phẩm rắn ………………………………………………………… 53 3.3.2. Sản phẩm lỏng ………………………………………………………….55 3.2.3. Thành phần khí ……………………………………………………… 63 3.2.4. Đánh giá ảnh hƣởng của xúc tác tới quá trình phân hủy nhiệt xúc tác cao su phế thải …………………………………………………………………… 68 3.4. Mẫu xúc tác sau phản ứng ……………………………………………….69 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO …………………………………………………….73 1 MỞ ĐẦU p k g n kinh t    ng ctic thu c t  v cht th nhio ra chng hp ph th   n 3,4 triu tp [16],  M n 4,6 triu tn [24c thi b  t B  i gn 1 triu tn ph thi cao su [13]. Vit Nam vi s ng xe gc 20 triu chic, ci, n sn xun ph     i ng khong 400.000 tn ph liu cao su [12c s  thc ln i vi ng sng ci. Hu ht cht thi  cao su ph thi ry, bn vc, sinh hc, v i mt kho t. Mi ca ph thm th y nu   cp [14]. Nu s dng t cao su ph thi  nhi  y, vi s  ng cao su ph th cn phng x  tn dng nguc hn ch n mc thp nht ng ca loi cht thi vi ng.     ,                                   .                                                 t     2 ng. ,                  ,    , ng     u    Vit Nam s u tn dng ngu  lp ph th n hn ch. Do v    a ch u ca lun  Nghiên cứu xử lý cao su phế thải bằng phƣơng pháp hóa nhiệt xúc tác  a lun : Th nghig cao su ph th p trung  mt s v sau: - Khng ca nhi  thi. - Khng ca t l ph so vng cao su n hiu suo su ph thi. - m hn hp dc sau phn ng. - n lc c phn y nhit i vi cao su. 3 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về cao su[10] p ch  ca  lt nhiu so vi chiu rc cu to t mt loi hoc nhiu loi mu tc lp li nhiu ln. i vt lit th r  bc thng bin di lu lt l bc rt nh   ng bin dng chy nh n nghch ln, cao su trong nhic s dt vt liu chu lng bin di nh. Hn ht h thng d th nhiu cu t thp phn cao su ph thun chu tc hay m  u t trong khi cao su.  bn nhit ca cao su ph thuc ch y  , bng 1.1  bn nhi c  nhit  cao. Bảng 1.1: Năng lượng liên kết của liên kết chính trong cao su[10]    hc    kt (kJ/mol)    hc t (kJ/mol) C-C 349 Si-Si 233 C-O 353 S-S 243-260 Si-O 454 4 Cu tn ca cao su ph thun cht to  t   c  gith ca m   t ng rt l i  ph thu gi  a vt lii khi nhi a cao su gim nhanh khi nhi git cc tng hp t mt lo  thu t, v p x Hit nhiu loi theo nhiu i theo ngun gc sn xuc s dng. 1.1.1. Cao su thiên nhiên Cao su tự nhiên hay cao su thiên nhiên  ao su (Hevea brasiliensisEuphorbiaceae).       Ficus elasticađại kích                 5     -      -   Cu tc V m         - polyme ca isopren. M c t t vi nhau  v 1,4. ng 2% mt vi nhau  v  n gc t nh t polyme c Cao su t  nhi thy  40 o C.  ca cao su t y ra vi hin ng hp th nhit. t va cao su t ng 1.2.    gi trit b ngh ch bi trin mnh m 6 Bảng 1.2: Tính chất vật lý của cao su tự nhiên[10] Đặc tính Giá trị số Đặc tính Giá trị số Kh 913 (kg/m 3 ) Nhi ) Nhi  tinh -70 O C Na chu k kt tinh  25 O C 2-4 gi H s  th  656.10 -4 (dm 3 / O C) n tr  3.10 12 -5.10 12 ( m) Nhit d 0,14.10 -4 (W/m 2 K) 1.1.2. Cao su tổng hợp      ng vt li     ng trong k thui s nhu c     i s         nh ng du chu nhi khoa hng tng hp cao su t t hn bng phn      t c mt loi cao su tng hp t phn c Anh i gian 1910- o ra cht do t isopren. Cao su tng ht di ch to vi ch cht cht chc sc n lt chn phc h dng h cao su t t nhiu ng dt cng. 7 Cao su tng hc to ra t phn  bao gm isopren (2-methyl-1, 3-butadien), 1,3-butadien, cloropren (2-cloro- 1,3-  obutylen (methylpropen) vi m ng nh ph  t chu trn vi  l mong mu to phn t qu u ng hc v Một số loại cao su tổng hợp: Cao su isopren Cao su isopren nhc trong phn p 2-- c trong dung dch cacbuahydro no vi s t c  Cao su isc cu to t 94- 1,4-cis isopenten: CH 2 H CH 3 CH 2 C C C C CH 3 CH 2  CH 2 H M ca cao su isu to gn ging vi cu to ma cao su t  t t c c s dng ch yu ca cao su isn , ln php  Cao su Butadien p t 1,3 - butadien trong dung dch.  c  h sn xung ch ti trn. 8  Kh -  cacbon . c s d ch to mt l i,  Cao su Butadien Nitryl n php ca butadien-i s  mt ca h  in. c cu to:   n d c ph thu ng du, m  c ng d sn xut liu chng du mng d b  Cao su Butadien Styren  n ph   p 1,3-divinyl vi styren trong dung dch cacbuahydro no vi s t ca liti h Kh cng trong khong  cacbon. c tn ti  trnh c pha trn v  cng ln, kh t p sn xuc s dt l  [...]... pháp xử lý cao su phế thải 1.3.1 Chôn lấp cao su phế thải Chôn lấp cao su phế thải là phương pháp cổ điển nhất để xử lý cao su phế thải Tuy vậy, việc chôn lấp cao su là một biện pháp không mong muốn, do cao su chiếm khối lượng, thể tích lớn, số lượng cao su cần chôn lấp cũng rất nhiều khiến chúng nhanh chóng lấp đầy các khu chôn lấp rác thải Ngoài ra, cao su phế thải có thể tạo thành các “bẫy” lưu giữ... CHƢƠNG 2 ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tƣợng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu là săm cao su phế thải, ở đây lựa chọn loại cao su phế thải là săm xe máy được sản xuất tại nhà máy Cao su Sao Vàng có nguồn gốc là cao su tự nhiên (isopren) có bổ sung cao su buna và hệ xúc tác chứa zeolit và bentonit Quá trình làm thực nghiệm được thực hiện tại Phòng nghiên cứu độc chất, thuộc Trung tâm Giáo dục... khử lưu hóa cao su tái chế thành cao su mới dùng như cao su chưa lưu hóa ban đầu Các lốp xe ôtô mới có thể được sản xuất với hỗn hợp của cao su mới và 5 - 10% cao su tái chế Với lốp xe của các phương tiện như máy xén cỏ và xe đạp,… là những phương tiện ít chịu tải trọng thì có thể được sản xuất hoàn toàn bằng cao su tái chế Một số nghiên cứu gần đây cho thấy cao su tái chế giống hệt như cao su tự nhiên... Chưa kể đó, cao su với độ bền vốn được coi là tính chất vật lý ưu việt của nó, sẽ tồn tại rất lâu và khó bị phân hủy Ngoài ra, quá trình phân hủy yếm khí cao su trong điều kiện bãi chôn lấp cũng sinh ra nhiều chất độc hại, đặc biệt là khí H2S sinh ra từ lưu huỳnh dùng trong lưu hóa cao su 1.3.2 Thiêu đốt cao su phế thải Đây là phương pháp phổ biến nhất trong việc xử lý cao su phế thải Cao su có điểm... nhiệt độ càng cao thì pha hơi càng nhiều hơn và thể tích riêng phần hỗn hợp phản ứng ngày càng tăng (m3/kg) Các nghiên cứu về quá trình phân hủy nhiệt cao su thông qua phổ DTG (Differential thermal analysis) cho thấy thứ tự các quá trình nhiệt phân cao su Theo đó, từ 200 – 325oC diễn ra quá trình phân hủy dầu, chất hóa dẻo và phụ gia; từ 325 – 400oC diễn ra quá trình phân hủy cao su isoprene (cao su. .. giá trị cao Tuy vậy, quá trình nhiệt phân hiện nay còn gặp nhiều vấn đề Thứ nhất là chất lượng của dầu thu được khá thấp, hàm lượng lưu huỳnh cao, khí sinh ra còn nhiều chất ô nhiễm lớn cũng như hiệu su t nhiệt phân thấp Do đó, nghiên cứu quá trình nhiệt phân với một số loại xúc tác chọn lọc là một bước nghiên cứu tiếp theo để hoàn thiện công nghệ xử lý cao su phế thải hiện nay Bảng 1.4 Kết quả phân tích... 500oC cao su polybutadien và butadienstyren bị phân hủy[ 25] Ở nhiệt độ trên 500oC, quá trình phân hủy diễn ra hoàn toàn, kết quả nghiên cứu cho thấy không có sự thay đổi khối lượng cao su phế thải trong khoảng nhiệt độ này 1.4.2.2 Nguyên liệu Chất lượng nguyên liệu, mà cụ thể ở đây là chất lượng cao su phế thải đầu vào, là một thông số quan trọng xác định chất lượng sản phẩm Khi điều kiện nhiệt phân. .. chất trong lốp xe Quá trình nhiệt phân xảy ra trải qua hai giai đoạn là sự nhiệt phân và giai đoạn hai là cracking thứ cấp Động học nhiệt phân là bao gồm sự tỏa nhiệt và sự bay hơi nhiệt của những sản phẩm nhiệt phân và sự phân tán bằng nhiệt của những polime hữu cơ qua sự nghiên cứu của quá trình nhiệt phân cho ta biết được các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nhiệt phân là : nhiệt độ , thời gian duy trì... thơm) 1.5.3 Những yêu cầu đối với xúc tác trong quá trình Cracking Xúc tác trong quá trình cracking phải đáp ứng những yêu cầu sau [3]:  Hoạt tính xúc tác phải cao  Độ chọn lọc xúc tác phải cao  Độ ổn định của xúc tác phải lớn  Xúc tác phải đảm bảo độ bền cơ và bền nhiệt  Xúc tác phải đảm bảo thuần nhất về thành phần, về cấu trúc, hình dáng, kích thước  Xúc tác phải bền với các chất ngộ độc của... khác để lưu hóa cao su như selen (Se), peroxit, nhựa lưu hóa, Sự lưu hóa đã làm cho cao su bền hơn, dai hơn và đưa cao su trở thành sản phẩm được ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống Hình 1.1: Phản ứng lưu hóa cao su Bảng 1.3 là tỷ lệ % thành phần theo khối lượng của săm lốp cao su thương mại [19] 10 Bảng 1.3: Thành phần các chất trong săm lốp cao su Thành phần Tỷ lệ % theo khối lượng Cao su isopren 60-65% . phế thải 13 1.3.1. Chôn lấp cao su phế thải ……………………………………………… 13 1.3.2. Thiêu đốt cao su phế thải ……………………………………………….13 1.3.3. Tái chế cao su phế thải 15 1.4. Lý thuyết quá trình nhiệt phân. nhiễm cao su phế thải 11 1.2.1. Hiện trạng ô nhiễm cao su phế thải trên thế giới ………………………11 1.2.2. Hiện trạng ô nhiễm cao su phế thải tại Việt Nam …………………… 12 1.3. Các phƣơng pháp xử lý cao su. quá trình phân hủy nhiệt cao su phế thải 47 3.2.1. Độ giảm khối lƣợng cao su phế thải ……………………………………47 3.2.2. Lƣợng sản phẩm lỏng thu đƣợc từ quá trình phân hủy nhiệt cao su ……49 3.2.3. Sản