Nghiên cứu sử dụng tác nhân lý hóa để tái sinh, tận dụng nguồn cao su phế thải (LV tốt nghiệp)Nghiên cứu sử dụng tác nhân lý hóa để tái sinh, tận dụng nguồn cao su phế thải (LV tốt nghiệp)Nghiên cứu sử dụng tác nhân lý hóa để tái sinh, tận dụng nguồn cao su phế thải (LV tốt nghiệp)Nghiên cứu sử dụng tác nhân lý hóa để tái sinh, tận dụng nguồn cao su phế thải (LV tốt nghiệp)Nghiên cứu sử dụng tác nhân lý hóa để tái sinh, tận dụng nguồn cao su phế thải (LV tốt nghiệp)Nghiên cứu sử dụng tác nhân lý hóa để tái sinh, tận dụng nguồn cao su phế thải (LV tốt nghiệp)Nghiên cứu sử dụng tác nhân lý hóa để tái sinh, tận dụng nguồn cao su phế thải (LV tốt nghiệp)Nghiên cứu sử dụng tác nhân lý hóa để tái sinh, tận dụng nguồn cao su phế thải (LV tốt nghiệp)Nghiên cứu sử dụng tác nhân lý hóa để tái sinh, tận dụng nguồn cao su phế thải (LV tốt nghiệp)
Trang 1TRUONG DAI HOC SU PHAM HA NOI 2 KHOA HOA HOC
===) (ect ———
LE MINH THUY
NGHIEN CUU SU DUNG TAC NHAN LY- HOA DE TAI SINH, TAN DUNG
NGUON CAO SU PHE THAI
KHOA LUAN TOT NGHIEP DAI HOC Chuyên ngành: Hóa Hữu Cơ
Trang 2TRƯỜNG ĐẠI HỌC SU PHAM HA NOI 2 KHOA HOA HOC
===) (===
LÊ MINH THÚY
NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TÁC NHÂN LY- HOA DE TAI SINH, TẬN DỤNG
NGUON CAO SU PHE THAI
KHOA LUAN TOT NGHIEP DAI HOC Chuyên ngành: Hóa Hữu Cơ
Người hướng dẫn khoa học: ThS Chu Anh Vân
Trang 3LOI CAM ON
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành và lòng biết ơn sâu sắc của mình tới
ThS Chu Anh Vân đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong suốt quá trình nghiên cứu, thực hiện đề tài
Em xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô giáo là giảng viên khoa Hóa học- Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 đã nhiệt tình quan tâm giúp đỡ, trang bi cho em những kiến thức chuyên môn cần thiết trong quá trình học tập tại trường
Xin cảm ơn gia đình, bạn bẻ đã luôn động viên, giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành tốt khóa luận tốt nghiệp này
Trong quá trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp dù rất cỗ gắng nhưng em không tránh khỏi những sai sót, hạn chế Vì vậy, em kính mong nhận được sự chỉ bảo của các thầy cô và ý kiến đóng góp của các bạn sinh viên quan tâm
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng 05 năm 2016
Sinh viên
Trang 4MUC LUC
962710005 1
CHUGNG 1 TONG QUAN uu cccccsccssssscssscscsecevesssvsesesscscecavsnsavansesevavensavaes 3
1.1 Cao su phế thải và tác động của nó tới môi trường -«- 3
1.1.1 Tình hình cao su phế thải trên thế giới và ở Việt Nam 3
1.1.2 Tác động của cao su phế thải tới môi trường 5- - sec: 4
1.2 Một số biện pháp vận dụng cao su phế thải 2222 +s+zs+zzrxcsee 6
1.2.1 Các biện pháp vận dụng cao su phế thải trên thế giới . 6
1.2.2 Các biện pháp tận dụng cao su phế thải ở Việt Nam - 12
1.3 Các phương pháp sử dụng tác nhân lý- hóa tái sinh cao su phế thải 16
1.3.1 Tái sinh bằng nhiỆP 2 5s TT ch ve rered 16 1.3.2 Bang 10 Vi SONG esesscssesssscscscscsscsesesecsessscscessscansscsesesssscsessssesessees 18 1.3.3 Bang co hoa Chat ecccssesssscsssececsscscsesecsesececsssssevarsacevsesvscseseeevseeeves 18
1.3.4 Bang Vi sinh Vato ccccssesssscsccssscsscsesesecsesesscscsssscacsecsesesssacsesssseseesees 19
1.3.5 Bang nhiét phan ccsesesscsecscsesscecsesecsesececsssssevarsacsvsresvscsesseevsneeves 20
1.3.6 Tái sinh bằng sóng siêu âm - -c cv set 21
1.4 Ứng dụng của cao su tái sinh - + 2s cs+ss xxx eveErxvxrxeeerxreeersersree 21
CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM -G 2 S222 S3 xe vvrrrrerrererxee 23
2.1 Vat 16 nghién CWU 00.0 23
2.2 Phuong phap nghién CWU cccsssssecsssnscecesssececseeeseeseseeeeessneeseseeneseees 23
2.2.1 Xtr ly CSPT bang Vi SON eeeccescsesscsesscsececsecevsveersncaesecstsevavsevereneess 23
2.2.2 Xử lý, tái chế cao su phế thải bằng phương pháp hóa học 23
2.2.3 Chế tạo vật liệu trên cơ sở cao su tái sinh 7-5 sc< << << se <<+ 24
2.2.4 Khảo sát tính chất của vật liệu . SG + ca Sa se 2E se re se rerez 25
CHƯƠNG 3 KẾT QUÁ VÀ THẢO LUẬN - - - + 5s x+evzszvresesed 27
3.1 Tái sinh cao su phế thải bằng tác nhân lý- hóa . - s-sccc«c: 27
3.1.1 Ảnh hưởng của lò vi sóng tới hiệu quả tái sinh . 5s: 27
3.1.2 Ảnh hưởng của các tác nhân hóa học tới hiệu suất khử lưu hóa 29
Trang 53.1.4 CAu tric hinh thai cla vat liu CSTS .ccccececccccccsscscececesescscsescereesececeees 34 3.2 Nghiên cứu chế tạo vật liệu blend CSTN/CSTS - - 5xx: 36 3.2.1 Anh hưởng của hàm lượng CSTS đến tính chất cơ học của vật liệu 36
3.2.2 Cấu trúc hình thái của vật liệu CSTN/CSTS . - 5-2 cscssszzszsz 37
3.2.3 Nghiên cứu khả năng bền nhiệt của vật liệu CSTN/CSTS 37 3.3 Tận dụng CSTS chế tạo thanh lát ngang đoạn đường sắt giao đường dân 3u i0 40
400070 .Ô 42 IV.900120895/.1 0.477.101 43
Trang 6BPO CSPT CSTN CSTS EPDM FTIR ISO PE PP PS PU SBR TGA TCVN DANH MUC CHU VIET TAT Benzoylperoxit Cao su phé thai Cao su thién nhién Cao su tai sinh
Ethylene Propylene Diene Monomer Phô hồng ngoại chuỗi Fourier
Tiêu chuẩn Quốc tế polyethylene Polypropylen Polystiren PolyUrethane Styren butadien
Trang 7DANH MUC CAC HINH
Hình 1.1 Cao su phế thải chưa được thu gom và xử lý đúng cách 4
Hình 1.2 Ứng dụng cao su phế thải trong sân có nhân tạo . 7
Hình 1.3 Thiết bị sản xuất gạch ngói bán đẻo 2-52 scccrsecsrscree 14 Hình 1.4 Thiết bị luyện dầu tái chế từ lốp xe/nhựa/cao su phế thải 20 tấn 16
Hình 1.5 Máy tinh luyện dầu điesel (Lốp xe lọc đầu, Nhà máy lọc dầu nhựa) ¬—- 17
Hình 1.6 Một số vi sinh vật dùng để tái sinh cao su phế thải 19
Hình 1.7 Mô hình nhà máy xử lý vật liệu phế thải băng nhiệt phân 20
Hình 3.2 Sự phụ thuộc của mật độ khâu mạch theo thời gian 28
Hình 3.3 Sự phụ thuộc của mức độ khử lưu hóa theo thời gian 28
Hình 3.4 Cơ chế khử cầu S-§ của BPO .cccccscrirrrirrrrrrrrrrree 30 št¡ E0», 0i40: 1650 32
Hình 3.6 Phố FTIR của CSTS (4%BPO/4h/80°C) 25: 2552 zsczs¿ 32 Hình 3.7 Giản đồ TGA của CSPT -2c+ 2rttrrtrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrreee 33 Hình 3.8 Giản đồ TGA của CSTS(4%BPO/4h/80°C) . - 5 2 ccsc5¿ 34 Hình 3.9 Ảnh FESEM bề mặt cắt mẫu vật liệu cao su phế thải 35
Hình 3.10 Ảnh FESEM bề mặt cắt mẫu vật liệu cao su tái sinh 35
Hình 3.11 Ảnh FESEM bề mặt cắt của mẫu vật liệu CSTS/CSTN (70/30) 37
Hình 3.12 Giản đồ TGA của mẫu vật liệu CSTN/CSTS 70/30 38
Hình 3.13 Độ trương của các mẫu trong toluen:iso octan (1:1) 39
Trang 8DANH MUC CAC BANG BIEU
Bang 2.1 Don phdi ligu mau blend CSTN/CSTS . 2 5+ s25: 24
Bảng 3.1 Ảnh hưởng của thời gian chiếu xạ tới quá trình khử lưu hóa 27
Bảng 3.2 Kết quả phân tích quá trình khử lưu hóa .- 5-5-5 ++s©c<‡ 31
Bảng 3.3 Tính chất cơ học của các mẫu vật liệu CSTN/CSTS 36
Trang 9MO DAU
Cao su là loại vật liệu có những tinh chất ưu việt và vượt trội hơn so với
các vật liệu hình thái rõ ràng Với đặc tính đàn hồi, cao su có thể biến dạng, có độ bèn, độ dẻo gấp nhiều lần, do vậy có thé tạo ra rất nhiều chủng loại sản phẩm, tính năng kĩ thuật và ứng dụng đa dạng trong cuộc sống và sản xuất
[1] Điều này chứng tỏ, cao su là loại vật liệu quan trọng, không thể thay thế
được [2]
Ngày nay với sự phát triển của các ngành khoa học công nghệ- kĩ thuật, vô sô các sản phẩm từ cao su nói riêng và các hợp chất cao phân tử nói chung
ra đời đáp ứng nhu cầu thiết yếu của con người Đi kèm theo đó là lượng thải
bỏ lớn tích tụ hàng năm, bên cạnh đó cao su phế thải lại là loại rác thải khó phân hủy, chúng tồn tại và dồn vào thành các bãi rác khong 16- một trong những nguyên nhân dẫn đến các vẫn đề môi trường và xã hội Đây cũng
chính là mối lo, cấp thiết cần phải giải quyết Câu hỏi đặt ra là: làm thế nào để
vừa có thêm nguồn nguyên - nhiên liệu mới vừa không ảnh hưởng tới môi trường? Vì vậy, trên thế giới đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về xử lý và tận dụng các vật liệu polyme phế thải mà chủ yếu là cao su phế thải (CSPT) Những công trình này đã góp phần giảm thiểu khối lượng rác thải thu gom và tiêu hủy, tạo thêm cơ hội việc làm cho người nghèo, bảo vệ nguồn lực và tài nguyên có hạn, cho các nguyên vật liệu có tính ưu việt hơn với giá thành thấp nhất, giữ cho môi trường sông trong lảnh
Trang 10Trước tình hình nảy, chúng tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu sử dụng tác nhân lý- hóa để tái sinh, tận dụng nguôn cao su phế thái” làm đề tài cho
khóa luận tốt nghiệp của mình
- Mục tiêu nghiên cứu của đê tài là:
Dựa vào các tác nhân vật lý, hóa học nhằm tái sinh và tận dụng nguồn
cao su phế thải, làm nguồn nguyên- nhiên liệu mới có đặc tính phù hợp, đáp
ứng nhu cầu sản xuất và đời sống hơn mà không ảnh hưởng xấu tới môi
trường
- Những nội dung nghiên cứu chủ yếu của đề tai bao gom: + Sử dụng vi sóng thử nghiệm tái sinh cao su phế thải + Sử dụng các hóa chất để tái sinh cao su phế thải
Trang 11CHUONG 1 TONG QUAN
1.1 Cao su phế thải và tác động của nó tới môi trường 1.1.1 Tình hình cao su phế thải trên thế giới và ở Việt Nam
Trên thế giới ước tính, lượng phế thải hàng năm của các vật liệu tổng
hợp chiếm trung bình 60% số lượng sản xuất ra Hầu hết chất thải từ cao su
rất khó phân hủy, chúng tích thành các bãi rác không lồ ở thành phố lớn, phải
mất khoảng vải chục năm nó mới có khả năng phân hủy trong đất Theo thống kê chưa đầy đủ, chỉ riêng ở Mỹ, mỗi năm có hơn 300 triệu chiếc lốp ô tô với
khối lượng là gần 4,6 triệu tắn được thải ra và hơn 2 tỷ chiếc lốp hiện đang
nằm trong các hồ rác, các kho chứa trên khắp cả nước Còn ở Anh, hảng năm
có tới 40 triệu lốp phế thải, 2/3 số lốp đó bị đây ra bãi rác hoặc không được
Trang 12Hình 1.1 Cao su phế thải chưa được thu gom va xt ly ding cach
Tại Việt Nam, ước tính cả nước hiện có khoảng 28 triệu xe mô tô và 1,5
triệu xe ô tô, số lượng này còn gia tăng khoảng 20- 25% mỗi năm Dự báo,
đến năm 2021, Việt Nam có thể có 60 triệu xe mô tô và ôtô các loại Đây thực
sự là thách thức đối với môi trường sống của con người, bởi không chỉ khó phân hủy mà khi không được xử lý đúng cách thì cao su phế thải còn gây 6 nhiễm môi trường nghiêm trọng Có thé noi, trên địa bàn các khu đô thị hiện nay chưa có hệ thông thu gom và xử lý rác thải Thông thường, rác thải sau khi thu gom được đô ra các bãi chứa tạm thời mà các bãi chứa này chỉ là các
khu đất trông hoặc các hầm khai thác đất sét, đá [5]
Trong khi đó, lượng vỏ xe phế thải hàng năm vẫn tăng mạnh do phương tiện đáp ứng cho sự đi lại của con người vẫn là các loại xe Cuộc sống cảng hiện đại thì nhu cầu cho sự di chuyển ngày càng tăng, vỏ xe vứt loại ngày càng nhiều và lượng cao su phế thải cũng vì thế mà ra tăng theo, đòi hỏi đưa ra các giải pháp công nghệ hợp lý
1.1.2 Tác động của cao su phế thải tới môi trường
Cao su phế thải nếu không được tái chế sẽ biến thành rác thải gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng nặng nề tới sức khỏe con người Khí sinh ra từ cao su phế thải nếu hít phải gây đau đầu, hoa mắt, chóng mặt và các bệnh về phổi Nếu tiếp xúc trong thời gian dài có thể gây tê liệt hô hấp và tử
vong Cao su phế thải nếu sử dụng không đúng cách sẽ làm ô nhiễm môi
Trang 13tượng hiệu ứng nhà kính làm trái đất nóng lên và làm cạn kiệt nguồn tài nguyên quý giá
Ngay cả khi chôn lấp thì cao su phế thải cũng cần phải có những cách
thức xử lí nếu không sẽ gây ảnh hưởng tới môi trường nghiêm trong [4]
Không chỉ chiếm nhiều khu chôn lấp rác, lốp cao su phế thải còn làm hỏng
các lớp đất đá ngăn không cho các chất độc hại ngắm và mạch nước ngầm và
nước trên mặt đất Lốp cao su vứt lén lút, bừa bãi trên mặt đất, đường phó và
gây mắt mỹ quan đô thị, đồng thời cũng là nơi trú ngụ của các vi sinh vật gây
bệnh, ruỗôi, muỗi mang mầm bệnh truyền nhiễm, là mối đe dọa cho sức
khỏe cộng đồng
Bên cạnh đó, những đồng cao su cháy còn là một vẫn đề lớn đôi với môi trường Các đám lửa do đốt cao su phế thải có thể cháy đến vải tháng, tạo nên
các cột khói lớn có thể nhìn thấy cách đó vài chục dặm Các khí thoát ra từ
các cột khí đó là những chất độc hóa học, gây ô nhiễm môi trường không khí, các đầu sinh ra lại ngắm vảo trong đất gây ô nhiễm nặng tới môi trường đất, ảnh hưởng tới nguồn nước sinh hoạt Việc xử lý cao su phế thải cháy, có khi không chỉ vô ích mà còn gây hại tới môi trường Như ở Ohio (Mỹ), hậu quả nặng nề nhất đến năm 1999, khi một đồng rác thải cao su rộng 5ó hecta ở phía đông bắc Ohio cháy trong 5 ngày, tạo ra 1 cột khói độc có thể nhìn thấy cách đó 60 dặm, thải ra lượng dầu chảy vào một nhánh sông Sandusky làm chết gần hết các loài sinh vật trong hệ thông sông [17]
Việc biến cao su phế thải thành rác gây ra rất nhiều hiểm họa với môi trường trong khi cao su phế thải lại là nguồn tài nguyên vô giá có rất nhiều ứng dụng trong đời sông cũng như công nghiệp hiện đại Vì vậy, tái sinh cao su phế thải là vấn đề hết sức cấp thiết và có ý nghĩa
Trang 14Hơn nữa, việc tái chế cao su phế thải còn mang lại lợi ích về kinh tế rất
lớn, do làm giảm giá thành sản phẩm và giảm chi phí cho việc nhập các nguyên liệu mới Ngoài ra còn mang lại công ăn việc làm cho nghiều người và tăng thu nhập cho nên kinh tế quốc dân
Do vậy, nghiên cứu các biện pháp xử lý và tận dụng nguồn cao su phế thải vẫn là vẫn đề được cả thế giới quan tâm
1.2 Một số biện pháp tận dụng nguồn cao su phế thải
Ngay từ khi ngành công nghiệp sản xuất cao su ra đời, người ta đã nghĩ
đến việc tận dụng cao su phế thải làm nguyên liệu Năm 1858, ra đời bằng
sáng chế đầu tiên của Hall, trong đó tác giả đã đưa ra biện pháp sơ chế cao su phế thải bằng hơi nước Qua đó cao su được dẻo hóa và tái sử dụng lại [18] Đến năm 1882, Michell đã đưa ra biện pháp dùng axit [19] Nam 1889, Marsk đã đưa ra biện pháp dùng kiềm để hòa tan các loại sợi bông gia cường trong cao su [20] Đến khoảng năm 1960, người ta sử dụng cao su phế thải chủ yếu
làm vật liệu tái sinh, sơ chế thành dạng hạt hoặc dạng bột Lượng nguyên liệu
tái sinh có thể dùng khoảng 5- 30% lượng nguyên liệu cần thiết Nguyên liệu
tái sinh đưa vào làm giảm giá thành, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho quá
trình gia công như thoát khí tốt hơn, thời gian lưu hóa nhanh hơn [17,21]
Tuy nhiên, với sự phát triển không ngừng của khoa học Kĩ thuật, giá
thành của nguyên liệu giảm mạnh nên việc tái sử dụng cao su phế thải là không còn kinh tế nữa Mà người ta nghĩ đến các giải pháp khác như: làm nhiên liệu, tận dụng làm vật liệu gia cô bờ biến, dap lai lốp `
1.2.1 Các biện pháp tận dụng cao su phế thải trên thế giới
Thông thường, các lốp xe bị mải mòn và hư được thay bằng lốp mới và
bỏ lốp cũ Tuy nhiên chúng ta có thể tái sử dụng trực tiếp lốp cũ [10], hiện nay có khoảng 15% lốp xe con (trước đây là 25%), 50% lốp xe tải được đắp lại, trong đó phần lớn được đắp lại từ 2- 3 lần Như vậy tông số mỗi chiếc lốp
chạy được 500.000 km Riêng lốp máy bay có thê đắp tới 20 lần Trước khi
dap, tất cả các vỏ lốp cũ đều qua công đoạn kiểm tra Việc này rất quan trọng
Trang 15kết dính cao nhất và tạo 1 đường viền xung quanh vùng đắp Đắp cao su mới ở dạng dung dịch bằng súng phun tia, lớp keo dán đệm chưa lưu hóa với hình dáng phù hợp để đắp vỏ lốp Lưu hóa cao su đắp mới, quá trình lưu hóa được
tiền hành trong nôi hấp ở nhiệt độ từ 97- 100°C và kéo dài trong khoảng 4- 5
giờ Cuối cùng là kiểm tra sản phẩm Ngoài ra còn tạo được một số sản phẩm khác có ích trong cuộc sống hàng ngày như: Sản xuất dép cao su với đề đép
chắc và có độ bền cao, làm thắt lưng như một phụ kiện thời trang mới, làm vỏ
bọc sách, làm chậu cây nhiều màu sắc, đa dạng trong vườn, làm ghế ngồi xích đu, ghế ngồi, làm dụng cụ thể dục ngoài trời, là phương pháp tuyệt vời giúp tàu thủy tránh trầy xước, hư hại khi có va chạm trên biển, làm các vật dụng trang trí trong nhà, hay các cây giả trong công viên, làm vật liệu gia cô bờ
biển, làm barie an toàn, hàng rào, thành giếng nước, vật chắn trước tín hiệu
giao thông, vành đai để chặn dầu tràn
Dưới đây là một số ứng dung cụ thể:
- Hạt cao su sân bóng [17,10]
Hat cao su trải sân cỏ nhân tạo thường được sản xuất từ việc nghiền cao su phế liệu hoặc lốp xe cũ được trộn với uretan Bề mặt của hỗn hợp được đưa vào sử dụng như bề mặt của thảm nhựa nhưng có ưu điểm hơn là bảo vệ vận
động viên khỏi trần thương nhiều hơn Bên cạnh đó, hạt cao su không chỉ ứng
dụng trong một lĩnh vực là sân cỏ nhân tạo mà còn được ứng dụng trong xây dựng nhiều công trình thể thao (sân cầu lông, thảm sản tập gym, sàn tập võ, thảm tập yoga, sân bóng chuyên, đường chạy ) cũng như các công trình dân dụng (sân chơi trẻ em, gờ giảm tốc )
Trang 16
Hạt cao su ứng dụng trong thể thao được sản xuất từ việc nghiền hay ép vỡ cao su phế liệu (lốp xe, cao su phế liệu từ các nhà máy ), qua các công
đoạn sàng lọc kích thước và tách lọc các kim loại nặng, hạt cao su đạt tiêu
chuẩn sẽ được đóng bao chuyển sang sử dụng cho các công trình phù hợp Đối với ứng dụng cho sân cỏ nhân tạo, hạt cao su hay hạt nhựa tốt nhất là nên có kích thước khoảng 0,5mm- 3mm (căn cứ theo tiêu chuẩn của FIFA)
Thông thường có 2 loại hạt cao su ứng dụng cho sân bóng đá cỏ nhân tạo đó là:
+ Hạt cao su SBR (styren - butadien) làm từ lốp xe tái chế, cao su phế liệu từ các nhà máy ở khu công nghiệp Ưu điểm nôi bat cua hat cao su SBR là làm cho mặt đệm trên sân bền va sạch sẽ Cao su SBR có độ ôn định tốt trong các môi trường axít hữu cơ và vô cơ cũng như bazơ hay nước và rượu Tuy nhiên độ ôn định của nó lại kém đối với các dung môi như các chất như dầu khoáng, mỡ hay xăng Đối với các tác động của thời tiết, nó chịu đựng tốt
hơn so với cao su tự nhiên, nhưng kém hơn cao su EPDM Khoảng nhiệt độ
mà các ứng dụng dùng SBR chịu đựng được là khoảng -40°C tới +70°C Giá thành của cao su SBR rẻ hơn và hoàn toàn đáp ứng tốt các yêu cầu cho sân bóng đá cỏ nhân tạo Hiện nay, FIFA cũng đang khuyến khích sử dụng loại CaO su này
+ Hạt cao su EPDM có độ đàn hồi cao, giảm áp lực lên các khớp khi
người chơi vận động trên sân cỏ nhân tao, thân thiện với môi trường và chịu
được trong khả năng nhiệt độ cao hơn (khoảng -50°C tới +150°€), tuy nhiên giá thành của cao su EPDM là cao hơn rất nhiều so với giá thành của cao su SBR
- Thảm cao su [10]
Trang 17Dựa vào đặc điểm của thảm cao su, chúng ta có thể phân chia thành 2 loại chính :
+ Thảm cao su dùng trong thê thao: Với đặc điểm chông rung và chống ồn, thảm cao su được dùng rộng rãi để làm sản các môn thể thao như: sân cầu lông, sân tennis, san tập võ
+ Thảm cao su dùng trong công nghiệp: Trong công nghiệp, yếu tơ an tồn cháy nổ là yếu tô được quan tâm hàng đầu Trong các nhà máy, nếu xử lý bề mặt sản không tốt sẽ dẫn đến sự tích điện và hoàn toàn có khả năng gây ra sự phóng điện giữa các vật thể Để giải quyết việc này, bên cạnh dùng các loại sơn tĩnh điện, người ta thường trải thảm cao su xuống dưới nên xướng hoặc dưới các máy móc có độ tĩnh điện cao Vì vậy, thảm cao su chống tinh dién la sản phâm không thể thiếu trong ngành sản xuất điện tử
- Bột cao su [10]
Bột cao su từ lốp xe va cao su phé liệu được sử dung rất nhiều trong ứng dụng vảo đời sống Không những vậy, việc nghiền cao su phế liệu và chuyển hóa thành các sản phẩm ứng dụng thực tiễn trong đời sống còn có ý nghĩa rất
lớn đôi với vẫn đề bảo vệ môi trường sống thay vì xử lý bằng cách đốt bỏ
Nó được sử dụng rộng rãi như: làm đường giao thông, sơn lót và lớp phủ, xây dựng tường chống tiếng ồn, đường chạy, thảm lót sân bóng, sân chơi
Trang 18Ứng dụng thương mại của loại nhựa đường bắt đầu từ Arizona (Mỹ) vào những năm 1960 Mức sử dụng loại nhựa đường này tăng gấp đôi từ những
năm 1995 đến năm 1999
- Gạch cao su
Vấn đề an toàn cho trẻ nhỏ tại các khu vui chơi, trường học, bệnh viện, sân thể thao là rất quan trọng Hau hết các điểm kế trên đều có sàn là vật liệu
cứng như bê tông, nhựa đường và đất nện, rất nguy hiểm khi trẻ nô đùa có thể
bị ngã mà dẫn đến các chắn thương nghiêm trọng hoặc thậm chí tử vong Sỏi,
cát, mùn và gỗ dăm được sử dụng để tránh tình trạng đó, nhưng thực tế lại có
một số hạn chế phát sinh như: cần phải bảo trì liên tục, ảnh hướng sức khỏe,
làm tổn thương mắt và nguy cơ trẻ vô tình nuốt phải Hơn nữa, việc sử dụng sỏi và cát sẽ dẫn đến gia tăng hao mòn trên thiết bị sân chơi trẻ em, đồ nội
thất và lớp trải
Gach cao su mềm và bền vững Gạch có thể dùng cho trường mẫu giáo, sân chơi, công viên giải trí, trường học, trung tâm thé duc, phong tap thé duc, sân hiên, mái hiên, lỗi đi trong vườn, lối đi, câu lạc bộ golf, sàn phòng trưng
bày và triển lãm
Những ưu điểm tuyệt vời của gạch cao su:
+ Gạch cao su PU giảm sốc, bền, có rãnh chống trượt
+ Có thê làm các loại gạch cao su PU đa dạng về màu sắc và hình dạng
trang trí, độ dày từ 15 đến 43mm
+ Có thể cung cấp các loại gạch cao su PU tích hợp các rãnh thoát nước
cho hệ thống thoát nước bề mặt
+ Gạch cao su PU có thê được lắp đặt trực tiếp trên sỏi, nhựa đường, bê tông, tắm lợp, tắm bê tông có sẵn
+ Gach cao su PU có khả năng chịu được lực tải lớn như lực do móng ngựa, gai nhựa và gai thép trên giày chơi golf tác động
+ Gạch cao su PU bên và chịu được tác động của thời tiết
Trang 19+ Chúng có thể cung cấp các loại gạch cao su PU với một lớp bề mặt bang cao su EPDM thô giúp tăng khả năng chịu được tác động của thời tiết
khắc nghiệt
- Thu hồi hóa chất cơ bản
Trên thực tế, sản phẩm CaO Su phế thải sau khi cắt vụn có thể được sử dụng cho nhiều ứng dụng giá trị thấp, ví dụ: làm chất độn trong xây dựng, làm
lớp đất nhân tạo cho các sân chơi thể thao hoặc làm nhiên liệu bổ sung trong
các nhà máy nhiệt điện, các lò nung xi măng Nhưng các phương pháp này sẽ sớm được thay thế bằng phương pháp khác, Công ty Pyreco (Anh) đang có kế hoạch xử lý 60.000 tan lốp mỗi năm tại nhà máy mới ở Tesside nhằm mục đích thu hồi khí, dầu và muội than Nhà máy này đã được khánh thành trong năm 2012 va la nha may nhiệt phân lốp quy mô lớn đầu tiên của châu Âu
Ban đầu, sản phẩm nhiệt phân có thể được sử dụng để tạo ra năng lượng,
nhưng về lâu dài chúng có thể được sử dụng làm nguyên liệu để sản xuất các
sản phẩm khác
- Tạo ra năng lượng tái sinh
Áp dụng các giải pháp công nghệ chúng ta có thể tái sinh cao su phế thải thành các năng lượng tái sinh như :
+ Sản xuất chất dễ cháy như nhựa hắc ín/ dầu và than sinh học
+ Sản xuất các khí đốt
+ Dùng làm nhiên liệu cháy trực tiếp tạo năng lượng đun sôi nước và tạo thành điện năng
- Chế tạo vật liệu blend [6,7]
Người ta dùng bột cao su phế thải để chế tạo các loại vật liệu blend trên
CƠ SỞ cao su nguyên sinh hoặc nhựa nhiệt dẻo Tùy thuộc vào yêu cầu tính
chất của sản phẩm mà đưa vào hàm lượng cao su phế thải khác nhau Thông thường thì hàm lượng dao động trong khoảng từ 5- 30% Tổ hợp vật liệu nhựa nhiệt đẻo/ cao su phế thải lảm tăng tính đàn hồi và giảm biến dạng dẻo cho
vật liệu [11]
Trang 201.2.2 Các biện pháp tận dụng cao su phế thải ở Việt Nam - Làm dẫu đốt công nghiệp [12]
Nhóm nghiên cứu của Viện Vật liệu Xây dựng (Bộ Xây dựng), do Tiến
sĩ Mai Ngọc Tâm đứng đầu, đã thành công trong nghiên cứu công nghệ nhiệt phân cao su phế thải thành dầu đốt công nghiệp DO, góp phần hạn chế ô
nhiễm môi trường do loại rác thải độc hại này
Các phế thải như: săm lốp xe đạp, xe máy và ôtô được đưa vào nôi phản ứng nhiệt cao su làm bằng thép inox Tùy thuộc vào mỗi loại nguyên liệu
khác nhau mà có các điều kiện nhiệt độ và hiệu suất dầu thu được khác nhau
Theo tính toán, trung bình cứ lkg cao su có thể nhiệt phân được 0,4 lạng dầu
Kết quả phân tích tại lò nhiệt phân cao su của Viện Kỹ thuật Nhiệt đới và Bảo
vệ Môi trường về khí thải cho thấy thành phần khói của đầu này trong quá trình nhiệt phân không gây ô nhiễm môi trường Các chỉ tiêu phân tích nồng độ các tạp chất NO,, CO;, CO, bụi của lò nhiệt phân cũng đáp ứng tiêu chuẩn Việt Nam về chất lượng không khí - tiêu chuẩn khí thải công nghiệp
Hiện nay, nhóm nghiên cứu đã thỏa thuận chuyển giao công nghệ với dây chuyển công suất xử lý 200kg cao su phế thải/giờ
- Sản xuất vật liệu xây đựng
Với một ít chất xúc tác và phụ gia rẻ tiền, dễ kiếm Tiến sĩ Ngô Quang Minh ở trường Đại học Hàng hải cùng các đồng sự có thể biến một lượng lớn cao su phế thải thành gạch lát và đường "bê tông" chất lượng cao
Với số lượng rác thải lên tới khoảng 1.100m? rác/ ngày, Hải Phòng hiện
đang phải gấp rút xây dựng những khu chôn lấp rác thải tạm thời ở những khu vực vốn không được quy hoạch làm nơi chôn lấp rác với kinh phí đầu tư lên tới hàng tỷ đồng Trong khi đó, rác thải cao su ở Hải Phòng nói riêng và ở các địa phương khác nói chung là một trong những loại rác bền vững trong môi
Trang 21Theo Tiến sĩ Ngô Quang Minh, ở cao su mềm, lượng lưu huỳnh chiếm khoảng 3- 4% khối lượng Trong mạch polyme, số nối đôi bị phá vỡ chỉ khoảng 8- 10% để liên kết với các nguyên tử lưu huỳnh tạo thành mạng lưới không gian; trong ebonit, lượng lưu huỳnh chiếm khoảng 50% và số nối đôi bị phá vỡ khoảng 80- 90%, nghĩa là trong mạch polyme vẫn còn một số nối đôi nguyên vẹn Nếu loại được bớt lưu huỳnh ra khỏi mạch và cắt bớt mạch polyme thành những đoạn ngắn, lại khôi phục khả năng hoạt động của các nỗi đôi đó với một số cấu tử khác cùng sự trợ giúp của những chất xúc tiến, chất phòng lão, chất làm mềm sẽ tạo được một hệ thống tương đôi đồng nhất, liên kết chặt chẽ và bền vững về mặt cơ học và hoá học
Khi cung cấp cho cao su phế thải một lượng năng lượng vào khoảng 1/3- 1/2 gid trị đủ để đốt cháy cao su để cao su trở nên mềm dẻo đủ khả năng phối trộn với các hỗn hợp phụ gia vốn là những chất có mặt trong cao su được sản xuất lần đầu Sự phối trộn này cho phép tăng khả năng đồng nhất hoá và tăng độ bèn cơ hội và một số tính chất khác của cao su tái sinh Ngoài thành phần chính là cao su phế thải (khoảng 80%), dùng thêm một lượng đáng kế chất dẻo phế thải như PE, PP, PS cũng là những chất có tác dụng tăng cường độ đồng nhất của hỗn hợp Các mẫu hỗn hợp gồm: cao su phế thải và chất dẻo
phế thải đã nghiền nhỏ, chất hoá dẻo, bột đá, ZnO, NazCO:, chất xúc tiến
(theo một số công thức tý lệ khác nhau) đã được thử nghiệm về tính chất lý hoá cho kết quả tương đương với các mẫu bê tông đối chứng Và như vậy người ta hoàn toàn có thể tận dụng cao su phế thải như một nguồn nguyên liệu để sản xuất vật liệu xây dựng Từ kết quả nghiên cứu này, Tiến sĩ Ngô Quang Minh và các đồng sự tiếp tục xây dựng quy trình xử lý cao su phế thải
Yêu cầu của quy trình, phải đơn giản, tiện lợi và hiệu quả Lốp các loại, săm, các chi tiết, dụng cụ bằng CaO SU phế thải sau khi tách kim loại sẽ được nghiền nhỏ bằng các máy nghiền trong nước đến kích thước khoảng 0,5x0,5cm Các loại chất dẻo thải đã được rửa sạch và phơi khô cũng được
nghiền nhỏ đến kích thước đó rồi đưa trộn lẫn cao su và chất dẻo theo tỷ lệ
Trang 22cũng được cho cả vảo nồi nấu là một thùng bằng thép kích cỡ tuỳ công suất thiết kế, đặt có định trên bếp đun băng than Hệ thống nảy có thể đặt trên xe cơ động Phía trên nắp nổi nấu có ông khói Phía dưới là cửa lấy sản phẩm Trong lòng nổi có thanh khuấy băng thép Hỗn hợp được đun nóng và khuấy trộn đều đến khi thành khôi nhão sẽ được thêm một lượng nhỏ nhựa
đường (0,5- 0,7% khối lượng) rồi đun tiếp đến khi chuyển thành một khối
nhão tương đối đồng nhất
Theo tính toán sơ bộ, một cơ sở chế biến cao su phế thải có sáu công nhân, với vốn đầu tư ban đầu khoảng 500 triệu đồng cho một dây chuyền xử lý phế thải cao su thành gạch lát đơn giản, mỗi ngày vận hành hai ca, cơ sở này sản xuất được 1.000 sản phẩm, tương đương với việc xử lý gần 1 tấn cao su phé thai Chi phi san xuất gom: hoá chất, nhân công, điện, than và các chi
phí khác chỉ khoảng trên 600.000 đồng/ 2 ca/ ngày Với nhu câu lớn của nhiều
cơ sở sản xuất về xử lý phế thải cao su, với những chính sách ưu đãi hiện hành cho ngành nghề về môi trường và khả năng tiêu thụ sản phẩm Cơ sở đầu tư dây chuyền xử lý cao su phế thải theo công nghệ này sẽ thu hồi vốn trong thời gian ngắn
- Sản xuất gạch ngói bán déo
NW |
Trang 23chất lượng sản phẩm không cao, diện tích xây dựng nhà máy đòi hỏi lớn nhưng vẫn phụ thuộc vảo thời tiết vì phải dùng sân phơi và nhà kính Hiện các nhà máy sản xuất gạch ngói của cả nước chủ yếu vẫn ở khu vực đồng bằng nên gây ô nhiễm môi trường cho những khu dân cư đông người, cho hoa màu canh tác; công nghệ này còn xả chất thải răn là gạch ngói phế liệu, xỉ lò gây bao hệ lụy cho xã hội
Thực hiện chủ trương của Thủ tướng Chính phủ và Bộ Xây dựng về xoá
bỏ việc sản xuất gạch ngói bằng lò thủ công và hạn chế sử dụng đất sét ruộng trong sản xuất gạch ngói nung: sau nhiều năm nghiên cứu, quan sát, tìm hiểu các công nghệ mới của các nước có công nghệ sản xuất gạch ngói tiên tiến
như: Đức, Tây Ban Nha, Italia và Trung Quốc; kết hợp với kinh nghiệm của
mình, Công ty cổ phân Thạch Bàn đã xây dựng được một công nghệ sản xuất gạch ngói nung mới, đó là: “công nghệ bán dẻo”, đặt tên là “công nghệ Thạch Bàn” Hiện công ty đang tiến hành triển khai các thủ tục để đăng ký bản quyền phát minh sáng chế với các cơ quan quản lý của Nhà nước “Công nghệ bán dẻo” hay “công nghệ Thạch Bản”, là công nghệ không dùng đất sét ruộng mả sử dụng nguyên liệu “gầy” gồm: các loại đất đồi, đất bóc thải loại ở các mỏ, bia than, than xít, xỉ lò nung, gạch ngói phế liệu, kế cả các chất thải răn do phá dỡ nhà cửa, tường xây, ngói lợp Ngay cả gạch ngói phế liệu, xi lò sau khi nung cũng được nghiền nhỏ và đưa quay trở lại vào dây chuyển nguyên liệu Như vậy, nhà máy sẽ không có phế liệu rắn thải loại như các nhà máy gạch tuynel sản xuất theo công nghệ cũ
Công nghệ bán dẻo sử dụng hệ máy chuyên dùng đặc biệt để gia công chế biến các loại nguyên liệu “gầy” tạo thành “bài phối liệu” phù hợp cho từng loại sản phẩm gạch xây, ngói lợp, gạch lát nền khác nhau Với sản phẩm gạch xây (đặc hoặc rỗng) sẽ được tạo hình ở những hệ thống máy đặc biệt,
sản phẩm mộc tạo hình ở độ âm thấp nên không cần hệ thống nhà kính, sân
phơi mà được xếp bằng máy xếp tự động (hoặc bằng tay) lên xe goòng đưa thang vào lò sấy, lò nung Tuynel Công nghệ này hạn chế rất nhiều việc sử dụng lao động thủ công cùng với diện tích sân phơi nhà kính, không phụ
Trang 24thuộc vào thời tiết nên tiết kiệm thời ølan, năng lượng, giảm phế liệu; có điều kiện tự động hoá, tăng năng suất lao động: đồng thời có điều kiện tăng sản lượng, mở rộng qui mô nhà máy Công nghệ bán dẻo sử dụng các loại lò sấy, lò nung Tuynel hoặc lò khe thanh lăn để nung các loại sản phẩm khác nhau Các hệ thông lò sấy, lò nung được thiết kế riêng biệt phù hợp với từng
“bài phối liệu”, từng loại sản phẩm khác nhau Song tất cả các loại lò sấy, lò
nung này đều được thiết kế ở mức độ tự động hố cao, cơng nghệ tiên tiến, đảm bảo chất lượng sản phẩm, tiết kiệm nhiên liệu và giảm thiểu lao động thủ
công
Công nghệ bán dẻo có ý nghĩa kinh tế xã hội rất lớn, chắc chăn khi được
triển khai đầu tư đồng bộ và ở diện rộng sẽ mở ra một thời kỳ mới cho nghề
làm gạch ngói nung ở Việt Nam, bởi nguyên liệu sử dụng là nguyên liệu gầy
(chủ yếu là đất đồi) có trữ lượng vô cùng lớn, giá rẻ Đồng thời còn sử dụng
các loại nguyên liệu là phế thải, góp phân làm sạch môi trường 1.3 Một số phương pháp tái sinh cao su phế thải
Phương pháp tái sinh cao su là các phương pháp phá vỡ các liên kết sunfa trong mạch cao su, sắp xếp các cầu nối lưu huỳnh liên phân tử thành cầu nối nội phân tử Cao su sau khi tải sinh lại có độ mềm dẻo và lưu hóa lại được
1.3.1 Tái sinh bằng nhiệt
Hình 1.4 Thiết bị luyện dâu tái chế từ lốp xe/nhựad/cao su phế thải 20 tấn Đây là hình thức đầu tiên của phương pháp tái sinh cao su, biến phế liệu thành báu vật, trả lại một trái đất xanh Tái sinh cao su băng nhiệt là phương
pháp cắt đứt các liên kết sunfua ở nhiệt độ cao trong thời gian nhất định đối
Trang 25với cao su tái chế [12] Quy trình này đồng thời cũng làm gãy các mach của đại phân tử cao su, làm chất lượng cao su kém đi [17,22]
Thiết bị thông qua hình thức nhiệt độ cao nhiệt phân, gia nhiệt cho lốp xe, phân tách phần tử Cacbon, đạt được dầu nhiên liệu, than đen và sợi sắt Quá trình hoạt động của thiết bị luyện dầu tái chế từ cao su phế thải:
- Thứ nhất: Cho nguyên liệu vào trong lò phản ứng đóng kín
- Thứ hai: Dùng than gỗ, khí tự nhiên hoặc dầu để đốt nóng, lò phản ứng nóng dân lên, đến khi nhiệt độ đạt mức 2500°C, khí bắt đầu được xuất ra, sẽ bị làm lạnh, những khí không thể làm lạnh sẽ bị thu hồi quay về lò nung làm nhiên liệu đốt cho lò Như vậy có thể tiết kiệm được nhiên liệu Khí dầu
ra hết, nhiệt độ của lò phản ứng sẽ giảm dân, đồng thời than đen sẽ được tự động đây ra ngoài
Cuối cùng, khi nhiệt độ lò phản ứng xuống tới 100°C, công nhân có thể
m6 nap 16, lay sợi sắt ra ngoai
Ngoài ra còn có thể kết hợp với phương pháp cơ học, phương pháp cơ nhiệt này cao su phế thải được đưa vảo máy nghiền, hoặc máy trộn để làm
phá vỡ các cầu nối cao su, bằng VIỆC nghiền trộn các mắt xích của cao su
được tách ra thành các mảnh nhỏ, sau đó bằng cách đun nóng trong trường hợp không có oxy các polyme này bị phân hủy tạo ra các sản phẩm tái sinh
Trang 261.3.2 Tái sinh bằng vỉ sóng
Tái sinh cao su phế thải là vẫn đề được quan tâm rất nhiều, nhờ vậy cũng
có các phương pháp khác nhau: đốt, sinh học, cơ học, nhiệt tuy nhiên trong
số đó vẫn cho ra các sản phẩm phụ vả gây ảnh hưởng đến môi trường Việc
tái sinh cao su phế thải băng lò vi sóng là một trong những phương pháp hạn
chế được điều đó và cho sản phẩm có tính năng vượt trội [14]
Bang cách đưa các mảnh cao su phế thải vào lò vi sóng với áp suất và thời gian phù hợp sẽ thu được cao su dạng bột màu đen
Theo tác giả Fazliye Karabork, Sở cơ khí, Đại học Aksaray cho biết với việc sử dụng lò vi sóng, cao su phế thải có thể tái sinh vả có những tính chất
ưu việt hơn như: dẻo hơn, mềm hơn, bền hơn cao su tự nhiên
Dựa trên những cơ chế truyễn nhiệt khác nhau trong lò ví sóng như dẫn nhiệt và đối lưu các liên kết của cao su phế thải bị cắt đứt và tạo ra sản phẩm thích hợp Phương pháp này có tầm ảnh hưởng quan trọng đối với ngành công nghiệp tái chế cao su phế thải
1.3.3 Tái sinh bằng cơ hóa chất
Các đồng lốp xe thải chất cao như núi trong tương lai sẽ được đưa ra tái chế nhờ công nghệ mới của các nhà khoa học Mỹ Ở trạng thái tự nhiên, cao su rất mềm và dính Trong sản xuất lốp xe, cao su tự nhiên phải được lưu hóa- trộn với lưu huỳnh rồi luyện (theo công nghệ của Charles Goodyear 160 năm trước) nên cao su lưu hóa trở nên rất bên chắc
Vẫn đề là làm thế nào mà tách được cao su tự nhiên từ lốp thải để tái sử dụng cũng như kiểu thu hồi trứng từ bánh nướng Ở đây các nhà khoa học chỉ mới đạt được thành công chút ít, mặc dù đã áp dụng các phương pháp xử lý khác nhau như: vi sóng, nhiệt phân, hạ thấp nhiệt độ hay dùng các dung môi Hàng năm, lượng lốp thải không lỗ chôn tại các bãi thải đã gây ô nhiễm mạch
nước ngầm, còn nếu như bị đốt cháy thì chúng lại gây ô nhiễm bầu không khí
Trang 27nhẹ có khả năng hòa tan các phân tử cao su mà vẫn giữ được mạch polyme
nguyên vẹn Họ nhận thấy chất butan-2-ol siêu tới hạn (tại nhiệt độ 150 -
300°C và áp suất 1000- 1500psi) đúng là loại dung môi thích hợp để chiết cao
su tự nhiên từ sản phẩm đã qua lưu hóa [15]
Công nghệ mới có khả năng phá vỡ các liên kết ngang giữa C-S và S-S hình thành trong quá trình lưu hóa, tách riêng các phân tử cao su khỏi muội than (Cacbon đen), dầu và lưu huỳnh trong thành phần lốp xe Theo giám đốc của Goodyear, cao su tái chế giống hệt như cao su tự nhiên về trọng lượng
phân tử và cấu trúc, vì thé có thể dùng để sản xuất ra sản phẩm mới
Ở công nghệ này, tỷ lệ tái thu hồi đạt 80%, nếu triển khai ở quy mô lớn mà thành công thì giải pháp tái chế lốp thải sẽ trở nên hiện thực
1.3.4 Tái sinh bằng vi sinh vật
Phương pháp này sử dụng vi sinh vật để khử cầu nối lưu huỳnh trong cao su phế thải [17] Người ta nghiền cao su phế thải thành bột, sau đó cho vào 1 chất lỏng chứa loại vi khuẩn ăn sunfua như: Thibacillus, Rhodococcus và Sulfolobus
Rhodococcus Sulfolobus Thibacillus
Hình 1.6 Một số vi sinh vật dùng để tải sinh cao su phế thải
ƯUu điểm của phương pháp nảy là không độc hại, chúng ta không cần sử dụng tới hóa chất độc hại và cũng không cần tốn nhiều năng lượng đề sử dụng phương pháp này Tuy nhiên, chúng cũng có nhược điểm là các vi sinh vật rất nhạy cảm với các chất hóa học Một số chất phụ gia được sử dụng làm chất độn trong cao su có thể gây ảnh hưởng tới mức độ hoạt động của vi sinh vật nhu kém oxit, axit steric, thudc chong ndm moc gay ra khó khăn trong việc tái
Trang 28chế cao su Hiện tại, chưa có nhiều công trình nghiên cứu về giải pháp nảy vì nó khá tôn kém, phức tạp [17] Nhưng nó là một giải pháp có nhiều triển vọng và thân thiện với môi trường
1.3.5 Tái sinh bằng nhiệt phân
Tại Cộng hòa Séc, một vài nhà máy đã đề xuất phương án nhiệt phân phế
thải đô thị hỗn tạp và lốp xe Ý tưởng này đã được nhóm Envicrack thực hiện
VIỆC xây dựng, với sỰ hỗ trợ khoa học của VŠB-Đại học Kỹ thuật Ostrava
[12] Theo đó, một dây chuyền mẫu đời đầu PYROMATTIC để nhiệt phân phế thai đã xếp loại Dây chuyền này có thể xử lý 50 - 100 kg phế thải đã xếp loại mỗi giờ, hiện nay mô hình thí điểm này vẫn đang được vận hành thử nghiệm INPUT MATERIALS TWO-S5STAGE ; CYCLOMES COOLING i pt, ch fies ac
OUTPUT, CONDENSATE OUTPUT —
RIGID REST RIGID REST
Hình 1.7 Mô hình xử lý vật liệu phế thải bằng nhiệt phân
Nhà máy thí điểm xử lý phế thải, có sản lượng và năng lực xử lý 50- 200
kg/g1ờ các vật liệu phế thải Một lò nhiệt phân được gia nhiệt dùng 5 bộ mỏ
đốt khí (propan) có thê đạt tới nhiệt độ vận hành tôi đa 800°C Thời gian tối thiểu lưu giữ vật liệu trong tổ máy là 30 phút Vật liệu được nhiệt phân đã
phân hóa tạo thành dư lượng cacbon thê rắn được gom lại trong hộp tro ở cuối dây chuyên nhiệt phân và các pha khí được dẫn dòng trong một tuyến ống từ lò nhiệt phân ra xy- clôn Xy- clôn là một công cụ trong đó dòng khí được
giảm nhanh tốc độ, các vật nhiễm rắn được tách ra do trọng trường Khí đã
làm sạch được dẫn tới ngăn làm nguội sơ cấp bằng bộ trao đối nhiệt (khí nhiệt
phân- không khí) Ngăn làm nguội thứ cấp gồm có một bộ trao đổi nhiệt (khí
nhiệt phân- nước) tại đó khí được làm nguội sao cho không ngưng tụ trong các đường ống sau Sản phẩm ngưng tụ từ làm mát khí nhiệt phân được thu
Trang 29gom lại trong một gian chứa pha lỏng nhiệt phân Gian chứa này có trang bị một cơ cấu khuấy đề chồng lắng đọng các hydrocacbon nặng.Toàn bộ tô máy
nhiệt phân được điều khiển từ một phòng điều khiển trang bị máy tính Các
sản phẩm đầu ra từ một ông nghiệm đặt tại điểm lay mẫu được dẫn tới các hộp phân tích, tại đó H;, CO, CO;, CH¿ được phân định Trong trường hợp quy trình BVM không kết thúc tại các trạm, lốp xe được áp dụng một máy
thuận tiện cho quá trình nhiệt phân trong một chu trình kín sẽ xử lý lốp để tạo
các phần tử rắn có hàm lượng cacbon cao, dầu nhiệt phân và các dây cốt thép trong lốp Các lốp sau sử dụng không cần phải chuẩn bị trước trong mọi phương cách hóa học hay cơ khí nào trước khi đưa vào máy
Toàn bộ nhà máy nhiệt phân được đặt trong một sườn xe di động đã tiêu
chuẩn hóa (thường dùng cho các con- te- nơ) có cỡ 2.5 x 7.5 m Chiều cao của
máy cả cửa đứng của buông gia nhiệt khi mở là 4.2 m Các bộ phận chính của
máy gồm: buông đốt (330- 340 °C) trong đó phân tách nhiệt cao xu cân (8,4
m”); ngăn thông gió; làm lạnh ngưng tụ khí trong con te nơ hai vỏ (6 m?); hệ
điều khiển và an tồn; rơ khoang chất thải; buồng gia nhiệt trước Lượng lốp xe xử lý trong một quy trình là 500 kg tạo ta các sản phẩm với 70% cacbon hạt (nhiên liệu có chứng chỉ), 20% dầu nhiệt phân (nhiên liệu có chứng chỉ)
và 10% dây thép (nguyên liệu thư cấp)
1.3.6 Tái sinh bằng sóng siêu âm
Những thử nghiệm tái sinh cao su phế thải bằng sóng siêu âm để phá vỡ liên kết sunfua đã và đang được tiến hành Nghiên cứu cho thấy việc sử dụng sóng siêu âm đề phá vỡ liên kết sunfua có hiệu quả hơn khi dùng nhiệt [17] 1.4 Ứng dụng của cao su tái sinh
Hiện nay trên thế giới cao su phế thải cũng như cao su tái sinh được sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực như: sân vận động (đường cao su, sân vận động trường học, sân chơi bowling, sân tennis, via hè đường đi bộ, khu vui chơi giải trí), xây dựng và thiết bị (thảm sân, thảm sản, gạch cao su, mái che nóc
nhà, sàn nhà, vật liệu chống nước, vật liệu cuốn trồng nước của mái nhà hay
Trang 30vật đường đi bộ, chất ngắt kết đường sắt, kết hợp với đường để lắp đường),
công nghiệp ô tô (địa giới, đệm lát sản xe, dây phong kín, máy hoãn xung, lốp ô tô và miếng đệm trong lốp), sản phẩm mang tính nhiệt tô và tính đàn hồi (dây cáp điện, dây phong kín, thảm sàn và nền nhà, lốp bán xung khí, băng tai, lốp đặc công), sản xuất giày, túi sách, đặc biệt là sử dụng để tạo ra các nhiên liệu lỏng, răn, làm vật liệu xây dựng [6,9,13]
Ở Việt Nam, cao su phế thải còn được tái sử dụng một cách hạn chế chủ yếu vào việc đóng dé giày, túi sách, trộn với nhựa đường, đóng bê tông, và
mới đây nhất là việc sử dụng cao su phế thải vào việc chế tạo nhiên liệu dầu
và khí đốt Việc tái sử dụng cao su phế thải làm nhiên liệu hứa hẹn sẽ đem lại
nhiều lợi ích kinh tế cho Việt Nam và đây lùi hiểm họa ô nhiễm môi trường
Trang 31CHUONG 2 THUC NGHIEM 2.1 Vật liệu nghiên cứu
- Cao su phế thải (CSPT) dạng bột từ lốp ô tô của công ty TNHH Cao su kỹ thuật Hoàn Cầu
- Cao su thiên nhiên (CSTN) là loại SVR- 3L của Công ty cao su Việt Trung, Quảng Bình
- Benzoylperoxit (BPO) của hãng Merk (Đức) BPO 97%, độ âm 25%, tan tốt trong ete, clorofom, tan Ít trong etanol và không tan trong nước
- Kẽm oxit của Ấn Độ, chất xúc tiến D, DM, lưu huỳnh, phòng lão D là các sản phẩm của Trung Quốc
2.2 Phương pháp nghiên cứu 2.2.1 Xử lý CSPT bằng vi sóng
Ảnh hưởng của thời gian phản ứng: 10g CSPT được đặt trong lò vi sóng công suất 800 W, tốc độ 6 rpm trong khoảng thời gian 1- 5 phút
2.2.2 Xử lý, tái chế cao su phế thải bằng phương pháp hóa học
- Ảnh hưởng của hàm lượng BPO: trong bình cầu có lắp sinh hàn hồi lưu chứa sẵn 100ml xylen, bổ sung thêm vào đó 2g CSPT, và lượng tương ứng 2,4,6%
BPO, khuấy trong 2 giờ ở 809C
- Ảnh hưởng của thời gian phản ứng: trong bình cầu có lắp sinh hàn hồi lưu
chứa sẵn 100ml xylen, bố sung thêm vào đó 2g CSPT, và lượng 4% BPO, khuấy trong 4 hoặc 6 giờ ở 800C
- Ảnh hưởng của nhiệt độ: trong bình cầu có lắp sinh hàn hồi lưu chứa sẵn
100ml xylen, bỗ sung thêm vào đó 2g CSPT, và lượng 4 % BPO, khuấy trong 4 giờ ở 90°C hoặc 110°C
Kết quả khử lưu hóa thành cao su tái sinh (CSTS) được xác định trên phố hông ngoại chuỗi Fourier (FTIR) thực hiện trên máy Shimadzu (trường Đại học KHTN- ĐHQG Hà Nội) và phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) trên máy Netzsch STA 490 PC/PG (Viện Khoa học công nghệ và Quân sự), tốc độ
Trang 32nâng nhiệt là 10°C/phut trong môi trường không khí, khoảng nhiệt độ nghiên
cứu từ 25°C đến 800°C
2.2.3 Chế tạo vật liệu trên cơ sở cao su tái sinh
- Chế tạo blend CSTN/CSTS
CSTN được trộn lẫn với CSTS sau đó với các phụ gia (thành phân theo bảng 2.1) trong máy trộn kín của hãng Brabender (CHLB Đức) ở nhiệt độ
80°C trong thời gian 8 phút với tốc độ trục quay 50 vòng/phút; sau đó tiếp tục trộn lưu huỳnh, xúc tiến trong 3 phút ở 50°C Tổ hợp vật liệu tạo thành được cán xuất tắm trên máy cán hai trục và ép lưu hóa ở 145°C trong 20 phút với áp
suất 6 kg/cm trên máy cán và máy ép thí nghiệm của hãng Toyosheiki (Nhật Bán) Mẫu tạo thành có chiều dày 2mm được đề ôn định trong 72 giờ, cắt theo tiêu chuẩn để đo các tính chất cơ lý của vật liệu
Bảng 2.1 Đơn phối liệu mẫu blend CSTN/CSTS Thành phân Hàm lượng (g) CSTN Thay đôi CSTS Thay đôi ZnO 2 Axit stearic 1,5 Phong lao D ] Xtic tién D 0,3 Xúc tiên CZ 0,1 S 1,5 Parafin 4 Than den N3300 50
Trang 33định bang phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng trên máy Netzsch STA
490 PC/PG với tốc độ nâng nhiệt là 10°C/phút trong môi trường không khí 2.2.4 Khảo sát tính chất của vật liệu
- Xác định hàm lượng phần gel:
Lay 0,2g CSTS chiết Soxhlet với axeton để loại bỏ dầu cũng như các chất thấp phân tử trong quá trình chế biến cao su, để khô 12 giờ rồi cân lấy khối lượng m¡ Đem toàn bộ lượng chất rắn ngâm trong toluen 72 giờ, làm
khô tự nhiên và cân lây khối lượng mạ
hàm lượng phần gel = “—““?.100%
mM,
- Xác định mật độ khẩu mạch:
Lẫy 0,2g mẫu CSTS ngâm trong toluen 72 giờ, làm khô rồi đem cân khối lượng Mật độ khâu mạch được tính theo công thức:
— -[lnI—V,)+V, +XV;] [W3 —V, /2]
e
V.: mật độ khâu mạch, Vị: khối lượng của cao su tăng lên sau khi đo độ
trương trong toluen, Vị: khối lượng mol của dung môi (1.069x10'm3/mol), X= tham số tương tác 0,3795
- Xác định mức độ khử lưu hóa:
D= 2-2 100%
el
V.¡: mật độ khâu mạch của mẫu ban dau, Vạ;: mật độ khâu mạch của mẫu sau ngâm.[3]
- Đo độ trương của vật liệu tái sinh trong toluen-iso octan:
Cắt mẫu vật liệu với kích thước 20 x 20 x 1,5 mm Sau đó ngâm các mẫu
này trong toluen: iso octan để xác định độ trương Độ trương (T) được xác định theo TCVN 2572- 2008 như sau:
T =(m,—-m,})/m,ạ x 100%
mạ: khối lượng mẫu ban đầu (trước khi ngâm) m,: khôi lượng mâu sau thời gian ngâm
Trang 34- Xác định độ bên kéo đứt theo TCVN 4509 — 2006 hodc ISO37- 2006: Độ bên kéo đứt được tính theo công thức:
F Okđ =——
Ga : là độ bền kéo đứt (N/mm2, MPa) E : lực kéo đứt mẫu (N)
B : bề rộng mẫu trước khi kéo (mm)
H : chiều dày mẫu trước khi kéo (mm)
- Xac dinh do dan dai khi dut theo TCVN 4509 — 2006: Độ dãn dài khi đứt được xác định theo công thức:
—== (%)
0
lọ: là độ dài giữa hai điểm được đánh dấu lên mẫu trước khi kéo [mm] 1¡: là chiều dài giữa hai điểm đánh dấu trên mẫu ngay khi đứt [mm]
- Đánh giá độ bên môi trường:
Độ bên môi trường được đánh giá theo hệ số già hóa (xác định theo tiêu
Trang 35CHU ONG 3 KET QUA VA THAO LUAN
3.1 Tái sinh cao su phế thải bằng tác nhân lý- hóa 3.1.1 Ảnh hưởng của lò vỉ sóng tới hiệu quả tái sinh
Sử dụng công nghệ lò vi sóng để khử lưu cao su phế thải, trong quá trình này áp dụng năng lượng nhiệt rất nhanh và cho ra lượng cao su tái sinh tương đối đồng đều Tuy nhiên cao su phế thải được sử dụng trong quá trình lò vi sóng phải có cấu trúc phân cực để sao cho năng lượng vi sóng có thể được hấp thụ ở một tốc độ đủ lớn để tạo ra nhiệt cần thiết cho quả trình khử lưu
Bảng 3.1 Ảnh hưởng của thời gian chiếu xạ tới quả trình khử lưu hóa
Hàm lượng phân | Mật độ khâu Mức độ khử lưu
Trang 360 1 2 3 4 5 6 Thời gian (Phút) Hình 3.2 Sự phụ thuộc của mật độ khâu mạch theo thoi gian 25 se 20 © 0 £ 2 15 = 5 c =< 10 <O- 3 5 j = 0 0 1 2 3 4 5 6 Thời gian (Phút)
Hình 3.3 Sự phụ thuộc của mức độ khử lưu hóa theo thời gian
Qua sự biến thiên ở các đồ thị trên thấy rõ, sự biến đối theo thời gian,
Trang 37khử lưu hóa cũng có biến đổi tương tự Mật độ khâu mạch có sự thay đôi theo
hướng ngược lại, tức là theo thời gian thì mật độ khâu mạch có sự giảm rõ trệt, đặc biệt sau phút thứ 4 mức độ giảm nhẹ gần như không đổi (từ 54 mmol/m? xuống 53 mmol/m?) Điều này chứng tỏ rằng, việc chiếu xa bang cách sử dụng lò vi sóng trong thời gian kéo dài hơn càng cho cao su tái sinh đặc tính
lý-hóa tốt, lượng chất đồng đều Tuy nhiên, đến một thời điểm giới hạn thì
việc tăng thời gian là gần như vô nghĩa vì hiệu suất và chất lượng của sản
phẩm thay đôi không đáng kế
Từ những kết quả nghiên cứu thu được cho thấy, ở phút thứ 4 là thời
điểm tối ưu nhất, hàm lượng phần gel 09,5%, mật độ khâu mạch 54 mmol/mỶ
và mức độ khử lưu hóa dat khoang18%
3.1.2 Ảnh hưởng của các tác nhân hóa học tới hiệu suất khử lưu hóa Trong quá trình lưu hóa, các cầu nối cao su được nối với nhau bằng những liên kết hóa học, tạo ra những mạng lưới cao su ở những mức độ khác nhau Đồng thời sinh ra các liên kết ngang cộng hóa trị rất bền Đây cũng là quá trình không thuận nghịch Vi sóng cũng có những tác động bẻ gãy cầu sunfua nhất định, tuy nhiên hiệu quả chưa thật cao, và khó áp dụng với khối lượng lớn Vì thế khóa luận tiếp tục nghiên cứu sử dụng tác nhân hóa học
nhăm tái sinh CSPT
Sử dụng cho các loại cao su có dây phân tử bão hòa hoặc không có các nhóm có khả năng phản ứng tạo mạng, benzoylpeoxIt (BPO) không đính vào dây phân tử polyme nhưng tạo các điểm hoạt động để nối hai nguyên tử cacbon của hai dây liền kè
Cơ chế khử chọn lọc cầu S-S của BPO được mô tả như hình 3.4 dưới day:
Trang 38Sle
- |
` + Π2 AO
N + so,
Hình 3.4 Cơ chế khử cầu S-S của BPO
Cơ chế này tương tự như cơ chế cộng gốc Ở giai đoạn khơi mảo, ban đầu phân tử benzoylpeoxit bị phân cắt liên kết O-O tạo ra gốc tự do kém bên, sau đó tạo gốc tự do phenyl Quá trình này tạo phân tử CO; bền làm giảm năng lượng hoạt hóa của phản ứng Đồng thời, do có sự liên hợp nên gốc
phenyl cũng bền hơn gốc C¿ẴH;COO°
Tới giai đoạn phát triển mạch, gốc tự do phenyl là tác nhân tắn công vào trung tâm của phản ứng theo 2 hướng (tức là liên kết với phân tử cao su lần
lượt bị cắt liên kết S-S và C-S) sinh ra 2 gốc tự do mới Hai gốc tự do này kết
hợp với gốc phenyl ban đầu cho sản phầm và khí SO¿ ở giai đoạn tắt mạch Như vậy, đã khử được cầu S-S trong phân tử cao su ban đầu
Như đã biết BPO là tác nhân sinh gốc tự do, chính sự xuất hiện của Ốc R' đã tấn công chọn lọc vảo liên kết S-S (do năng lượng của liên kết S-S:
Trang 39các yếu tố nồng độ BPO, nhiệt độ, thời gian phản ứng Kết quả được đánh giá
trong bảng 3.2 dưới đây
Bảng 3.2 Kết quả phân tích quả trình khử lưu hóa Hàm lượng Mật độ khâu Mức độ khứ Mẫu phần gel mạch lưu hóa (%) (mmol/m)) (%) 0%BPO - 75 - 2% BPO/2h/80°C 12,5 67 10 4% BPO/2h/80°C 25,7 58 16,8 6%BPO/2h/80°C 23,2 54 20 4% BPO/4h/80°C 26,4 40 31 4% BPO/6h/80°C 25,2 43 28 4% BPO/4h/90°C 17,5 55 16 4% BPO/4h/110°C 13,1 70 9 Chiết Soxhlet nhằm mục đích loại bỏ các chất khoáng, dầu hữu cơ trong CSPT được bổ sung trong quá trình tạo lốp xe, do vậy thông số mức độ sol- gel hóa là khá hiệu quả để đánh giá mức độ khử lưu hóa Hàm lượng BPO tăng từ 2 - 4 % thì mức độ solgel hóa cũng như mức độ khử lưu hóa tăng dần, tức là 4% BPO là hàm lượng hợp lý, khi tăng lên 6% thì lượng BPO dư thừa không có tác dụng khử
Nhiệt độ bán phân hủy của BPO khoảng 92C do vậy việc tăng nhiệt độ
lên 90 hoặc 110°C hoan toan mat tac dung Voi 4%BPO/ 4h/ 80°C mức độ solgel hóa cao nhất chứng tỏ độ trương của cao su lúc này gồm phân lớn là liên kết C-C đạt cao nhất, hiệu quả khử lưu hóa dat cd 31%, mật độ khâu
mạch giảm từ 75 đến 40 mmol/m?
Trang 402 A vy 3.1.3 Tinh chat ph > tai sinh ye 0 Cua Cao Su ` 7 Aw 7
Từ những kêt quả trên nhận th ệu quả A tái sinh