video

Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018

Kỷ yếu khoa học

NGHIÊN CỨU TÁCH CHỌN LỌC PLASTIC CHỨA THÀNH PHẦN
HALOGEN NGUY HẠI TỪ HỖN HỢP PLASTIC CÓ TRONG CHẤT
THẢI ĐIỆN, ĐIỆN TỬ BẰNG PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BỀ MẶT KẾT
HỢP FROTH FLOTATION
Nguyễn Văn Hiệu*, Võ Thị Xuân Thi, Nguyễn Hữu Tuấn
Trường Đại học Tôn Đức Thắng
*Tác giả liên lạc:
TÓM TẮT
Nghiên cứu đề cập phương pháp tách nhựa Poly Vinyl Chloride (PVC) chứa
halogen nguy hại khỏi hỗn hợp các chất thải nhựa của thiết bị điện, điện tử. Xử
lý bề mặt bằng H2O2: Fe2+ và froth flotation đã tách được PVC với độ thu hồi và
tinh khiết lên tới 93,3%. Điều kiện tối ưu của quá trình là: tốc độ khuấy 70
vịng/phút, lưu lượng khí 3 lít/phút, nồng độ H2O2:Fe2+ 4%, thời gian tuyển nổi
là 5 phút, chất tạo bọt là poly propylene glycol ethers 1 ml. Như vậy, nghiên cứu
cho thấy sự thành công của việc tách chọn lọc PVC ra khỏi hỗn hợp nhựa từ rác
thải các thiết bị điện và điện tử. Lợi nhuận thu được khi tách được 1 tấn PVC ra
khỏi hỗn hợp nhựa là khoảng 8 triệu đồng. Nghiên cứu có ý nghĩa khoa học và
kinh tế bởi giúp tăng hiệu quả và giảm thiểu vấn đề môi trường của việc tái chế
nhựa.
Từ khóa: Tuyển nổi, rác thải điện – điện tử, xử lý bề mặt, tách chọn lọc, halogen
nguy hại.
STUDY OF PLASTIC FILTER SELECTION HAZARDOUS
INGREDIENTS IN PLASTIC CONTAINS IN ELECTRIC AND
ELECTRICAL WASTES BY SURFACE MECHANISM FOR FROTH
FLOTATION
Nguyen Van Hieu*, Vo Thi Xuan Thi, Nguyen Huu Tuan
Ton Duc Thang University

*Corresponding Author:
ABSTRACT
The study involved the separation of Poly Vinyl Chloride (PVC) resins containing
hazardous halogens from the plastic waste mixture of electrical and electronic
equipment. Surface treatment with H2O2: Fe2+ and froth flotation have separated
PVC with recovery and purity up to 93.3%. The optimum conditions of the
process are: stirring speed 70 rpm, air flow 3 liters/min, H2O2: Fe2+ 4%, flotation
time 5 minutes, polypropylene glycol ethers 1 ml. So, research has shown the
success of separating PVC from the plastic mix from waste electrical and
electronic equipment. The profit from separating 1 ton of PVC from the plastic
mixture is about 8 million VNĐ. Research is of scientific and economic
importance by increasing the efficiency and minimizing the environmental
problem of plastic recycling.
Keywords: Flotation, waste electrical - electronic, surface treatment, selective
separation, hazardous halogen.
645


Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018

TỔNG QUAN
Nhựa là thành phần quan trọng trong
các thiết bị điện, điện tử. Nhựa thường
bao bọc ngoài các thiết bị hoặc bộ phận
máy móc, làm đế đỡ cho các vi
mạch,… nhằm cách điện hoặc cách
nhiệt, bảo vệ an toàn cho người sử
dụng. Các loại nhựa này thường nhẹ và
có cấu trúc mềm nhưng độ bền cao và
dễ dàng định dạng phù hợp với các

thiết bị. Tỷ trọng nhựa trong lượng
thiết bị điện, điện tử đã liên tục tăng từ
khoảng 14% (1980) lên 18% vào năm
1992, và 23% vào năm 2005. Thành
phần của nhựa trong WEEE tại châu
Âu được ước tính là 20,6% (2008). Các
thành viên thuộc diễn đàn WEEE đã
thu thập và xử lý khoảng 1,5 triệu tấn
WEEE trong năm 2008, trong đó đã
thu hồi hoặc xử lý khoảng 300.000 tấn
chất thải bao gồm hỗn hợp các loại
nhựa khác nhau [4]. Theo báo các vật
liệu nhựa chiếm từ 30 – 50% (w/w)
trọng lượng của WEEE, bao gồm
styrenics (acrylonitrile butadiene
styrene
(ABS),
high
impact
polystyrene (HIPS), polystyrene (PS),
styrene-acrylonitrile (SAN)), polylefin
polypropylene (PP), hight density
polyethylene (HDPE), low density
polyethylene (LDPE)), nhựa kỹ thuật
(polyvinyl chloride (PVC), polycarbonate (PC), polyurethane (PU),
polyamide (PA), Poly Oxy Methylene
(POM)).
WEEE chứa một loạt các yếu tố khác
nhau, nhiều trong số đó là vấn đề môi
trường hoặc vấn đề nghề nghiệp, cũng

như các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân
hủy sinh học (persistent organic
pollutants, POP) hoặc tiền chất tiềm
năng của POP [5]. Tái chế WEEE làm
tăng một số vấn đề về môi trường và
nghề nghiệp: phthalates, Pb, Cd, Hg
trong pin và Ba, Pb, Hg và các nguyên

Kỷ yếu khoa học

tố đất hiếm (REE) chứa trong chất thải
rắn có thể được lọc khỏi các bãi thải;
BFRs và polychlorobiphenyls (PCBs)
có trong tụ điện có thể lan ra môi
trường nếu được đốt cháy. Nếu các
chất độc hại đã được sử dụng, thì chất
thải điện tử được tái sử dụng tốt nhất
hoặc tái chế để giảm tác động môi
trường của chúng [5]. Nhiều phương
pháp được áp dụng cho việc tách nhựa
dựa trên loại nhựa, cấu trúc hóa học
hoặc mật độ điển hình của chúng bao
gồm tách trọng lực, lọc khí (phương
pháp trọng lực khơ), cách ly
triboelectric [9], [10] hoặc tách tự động
bằng xác định phổ liên kết [11].
Triboelectrostatic separation: Sử dụng
dòng điện một chiều 400kV để phân
tách hỗn hợp nhựa ABS, PS, PP [12].
Nhiều kỹ thuật tác động lên bề mặt

cũng đã được sử dụng để xử lý bề mặt
nhựa tạo điều kiện thuận lợi cho việc
phân tách bằng cách sử dụng kỹ thuật
tuyển nổi bọt kết hợp xử lý bề mặt.
Froth flotation (tuyển nổi) là một quá
trình tách riêng các plastic khả năng
thấm ướt bề mặt khác với các plastic
cịn lại. Nói chung, tất cả các loại nhựa
đều có bề mặt kỵ nước tự nhiên và dễ
dàng nổi với sự trợ giúp của bọt khí.
Hệ thống xử lý được lựa chọn phải làm
ít nhất một loại nhựa ưa nước để ít
tương tác nhất với bọt khí trong hệ
thống tuyển nổi. Điều này có thể đạt
được bằng cách thêm một thuốc thử
phản ứng với lớp bề mặt của nhựa.
Tính kỵ nước và ưa nước là hai yếu tố
chính được áp dụng trong kỹ thuật
tuyển nổi để tách nhựa. Do đó, hầu hết
các phương pháp này đã cố gắng điều
chỉnh bề mặt nhựa để tạo ra các bề mặt
ưa nước và thay đổi lớp phủ gốc kỵ
nước bằng các liên kết ưa nước phù
hợp hơn cho việc tuyển nổi.
Qua việc tìm hiểu về các phương pháp

646


Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018

xử lý bề mặt cũng như phương pháp
tách hỗn hợp nhựa khác nhau cho thấy
hầu hết các phương pháp đều cần thời
gian xử lý bề mặt hỗn hợp nhựa sau đó
mới tiến hành tách các mẫu nhựa riêng
biệt. Để quá trình tách hỗn hợp nhựa
gồm 5 loại (ABS, PC, PP, PVC, PPO)
được nhanh chóng cũng như tiết kiệm
thời gian, nhóm nghiên cứu đã lựa
chọn phương pháp xử lý bề mặt bằng
kết hợp froth flotation đồng thời để
tách được loại nhựa (PVC) ra hỗn hợp
nhựa. Phương pháp xử lý bề mặt
(H2O2/Fe2+) hỗn hợp nhựa kết hợp quá
trình froth flotation được tiến hành
đồng thời và nhanh chóng hơn so với
các phương pháp khác, hỗn hợp chất
thải trong quá trình xử lý không độc hại
và dễ xử lý. Mặt khác phương pháp này
cũng giúp tiết kiệm chi phí trong q
trình thực hiện phân tách.
VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU
Vật liệu
Nhựa WEEE sau tiêu dùng,
Acrylonitrile-butadienestyrene (ABS),
Polyvinylchloride
(PVC),
Polycarbonate (PC), Polypropylene

(PP), Polyphenylene Oxide (PPO),
được mua từ chợ đồ điện cũ quận Phú
Nhuận, thành phố Hồ Chí Minh. Các
mẫu nhựa phế thải được cắt nhỏ với
kích thước 10mm × 10mm, rửa sạch
trong nước máy và sấy khơ ở nhiệt độ
phịng (25oC). Màu PVC, ABS, PC,
PP, PPO tương ứng là màu trắng, trắng
ngà, đen, tím và xám xanh, giúp phân
tích hiệu quả của q trình tách chọn
lọc của nhựa dễ dàng.
Hóa chất được sử dụng để xử lý bề mặt,
cụ thể dung dịch Fenton là một sự kết
hợp của hydrogen peroxide H2O2 50%
và phèn sắt (FeSO4.7H2O) (30 mg/l)
được pha lỗng bằng nước cất với tỷ lệ
thể tích H2O2:Fe2+ là 1:5 để được các
nồng độ H2O2 khác nhau (0% - 5%).

Kỷ yếu khoa học

Polypropylene glycol ethers được chọn
là chất phụ trợ để tạo ra bong bóng khí
trong tuyển nổi do giá rẻ, hiệu quả và
độ ổn định bọt.
Quá trình tuyển nổi được thực hiện
bằng hệ thống froth flotation. Hệ thống
froth flotation gồm một cột thủy tinh
(glass chamber) được thiết kế với chiều
cao 320 mm và đường kính bên trong

90 mm để vận hành thí nghiệm tuyển
nổi, và lõi ceramic làm tấm khuếch tán
dòng chảy được lắp đặt ở phía dưới để
tạo ra bọt khí đồng nhất. Để tạo sự ổn
định lượng bong bóng khí trong tuyển
nổi, một máy bơm khơng khí nhãn hiệu
HAILEA có thể điều chỉnh với tốc độ
dịng khí tối đa 2-5 lít/phút. Máy thổi
khí cung cấp dịng khí thơng qua một
tấm phân phối khí đặt ở đáy của bình
thủy tinh với vận tốc thổi là 2 – 5
lít/phút để tạo bọt bóng khí. Một máy
khuấy hiệu Panasonic được sản xuất tại
Nhật Bản với tốc độ khuấy 70
vòng/phút được lắp trên hệ thống nhằm
đảo trộn các mẫu nhựa giúp tiếp xúc
với bọt khí. Chất Polypropylene glycol
ethers được thêm vào quá trình tuyển
nổi giống như một chất phụ trợ tạo bọt.
Các mẫu nhựa được xử lý bằng Fenton
trong bình thủy tinh 1200 ml để nghiên
cứu tách chọn lọc plastic ảnh hưởng
của xử lý bề mặt với Fenton trên độ nổi
của nhựa phế thải. Khi thí nghiệm
tuyển nổi, các mẫu nhựa PP, PC, PPO,
ABS hoặc PVC được xử lý bằng dung
dịch Fenton với các nồng độ từ 0 – 5%
trong cùng một lần. Thí nghiệm tuyển
nổi được tiến hành trong điều kiện
nồng độ H2O2 (0%); 2,25mg/15ml

(1%); 4mg/30ml (2%); 6,75mg/45ml
(3%); 9mg/60ml (4%); 11,25mg/75ml
(5%); điều kiện có khuấy và khơng
khuấy trộn với thời gian tuyển nổi 5
phút. Việc xử lý bề mặt kết hợp froth
flotation trong nghiên cứu, giúp ta tách
được nhựa PVC ra khỏi hỗn hợp nhựa
với mơ hình thí nghiệm, dễ thực hiện,

647


Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018

dễ áp dụng thực tiễn, tiết kiệm chi phí
và thân thiện mơi trường.
Phương pháp tính tóa n
Hiệu quả của quá trình tách chọn lọc
PVC từ hỗn hợp nhựa của rác thải điện,
điện tử được tính tóa n dựa trên độ thu
hồi và độ tinh khiết của các thành phần
nổi và chìm của plastic. Trong đó, phần
nổi là tổng số lượng các plastic nổi trên
mặt chất lỏng, phần chìm là tổng các
plastic chìm xuống đáy bình. Kết quả
báo cáo là giá trị trung bình của 3 lần
thí nghiệm tương ứng với mỗi điều
kiện nghiên cứu.
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Quá trình tuyển nổi ở điều kiện khơng

khuấy, có sục khí được thực hiện với
tốc độ sục khí là 3 lít/phút,
polypropylene glycol ethers 1ml, ở
nhiệt độ phòng (25oC), dung dịch
H2O2/Fe2+ với nồng độ lần lượt từ 0%
đến 5%.
Sau khi tiến hành thí nghiệm, ta nhận
thấy tỷ lệ lớn nhựa PVC chìm trong khi
các nhựa khác như: PP, PPO, PC, ABS
gần như nổi hồn tồn. Trong điều kiện
khơng khuấy, ta nhận thấy tỷ lệ nổi của
các nhựa đều cao. Độ tinh khiết của
PVC là cao nhất (trên 50%) so với các
loại nhựa còn lại. Độ tinh khiết của 4
loại nhựa (PC, PP, ABS, PPO) đều khá
thấp và ở mức dưới 40%.
Đối với nhựa PC, độ thu hồi của nhựa
PC giảm khi tăng nồng độ H2O2 từ 0%
đến 4%, nhưng ở nồng độ 5% thì độ
thu hồi tăng lại. Điều đó cho thấy trong
nồng độ tại nồng độ 4% thì hiệu quả xử
lý bề mặt nhựa PC cao nhưng do độ
tinh khiết của nhựa PC còn thấp nên
vẫn chưa thể tách được nhựa PC ra
khỏi hỗn hợp. Với nhựa PP, thì ngược
lại, độ thu hồi của nhựa PP tăng khi ta
tăng nồng độ H2O2. Tại nồng độ 4% thì
độ thu hồi của nhựa PP cao nhất, điều
đó cho thấy rằng tại nồng độ 4% thì số
lượng nhựa PP nổi nhiều nhất so với

Kỷ yếu khoa học

các nồng độ khác, cho thấy nồng độ
ảnh hưởng tới nhựa PP làm tăng khả
năng kỵ nước của nhựa. Về độ thu hồi
của nhựa ABS tăng nhiều khi tăng
nồng độ H2O2, tăng từ 60% đến 90%
khi nồng độ từ 0% đến 5% , giúp cho
ta thấy việc thay đổi nồng độ H2O2 có
tác động lên nhựa ABS. Sự thay đổi về
độ thu hồi của PPO không thay đổi
nhiều, nghĩa là sự thay đổi nồng độ
H2O2 không ảnh hưởng đến tính chất
kỵ nước của nhựa PPO.
Về phần nhựa PVC, ta nhận thấy ở
nồng độ 4%, độ tinh khiết của nhựa
PVC đạt giá trị cao nhất với gần 60%,
độ thu hồi đạt giá trị tuyệt đối là 100%.
Độ tinh khiết của PVC tăng đều theo
nồng độ của H2O2 từ 0% đến 4%, tuy
nhiên ở nồng độ H2O2 là 5% thì độ tinh
khiết của PVC lại giảm xuống. Như
vậy tại nồng độ 4% thì quá trình xử lý
bề mặt nhựa PVC là hiệu quả nhất, mặc
dù độ tinh khiết của PVC chưa cao
nhưng điều đó chứng tỏ khi xử lý bề
mặt kết hợp với Froth Flotation có thể
giúp tách được PVC ra hỗn hợp nhựa.
KẾT LUẬN

Trong nghiên cứu này, tách chọn lọc
được nhựa PVC ra khỏi hỗn hợp nhựa
sau khi xử lý bề mặt bằng kết hợp froth
flotation được đánh giá theo quy mơ
phịng thí nghiệm. Với mục đích tách
hiệu quả PVC ra khỏi hỗn hợp nhựa,
điều kiện tối ưu là xử lý bề mặt với
nồng độ H2O2/Fe2+ 4%, froth flotation
có khuấy kết hợp với sục khí ở nhiệt độ
25oC (khuấy với tốc độ 70 vịng/phút
và sục khí với vận tốc 3 lít/phút), chất
tạo bọt là polypropylene glycol ethers
và thời gian tuyển nổi 5 phút. Trong
điều kiện tối ưu đó PVC được tách ra
khỏi hỗn hợp một cách hiệu quả bằng
xử lý bề mặt kết hợp froth flotation. Độ
tinh khiết và độ thu hồi của PVC trong
các sản phẩm chìm đạt 93,3% và
93,3% tương ứng.

648


Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018

Xử lý bề mặt bằng Fenton là một
phương pháp thân thiện với môi trường
và thiết thực để tạo điều kiện tuyển nổi
tách chất thải nhựa PVC ra khỏi hỗn
hợp nhựa. Phương pháp được phát

triển trong nghiên cứu hiện tại cung
cấp những hiểu biết kỹ thuật về ngành
công nghiệp tái chế nhựa phế thải.
Phân tích kinh tế thể hiện lợi nhuận
đáng kể của quá trình phát triển. Việc
sử dụng giải pháp xử lý bề mặt kết hợp
froth flotation là khả thi, cho thấy quá
trình xử lý này là quá trình sạch. Hơn

Kỷ yếu khoa học

nữa, phân tích kinh tế xác nhận lợi
nhuận đáng kể. Dựa trên những phát
hiện của chúng tơi, nó là hợp lý để cho
thấy rằng q trình này là thiết thực
cho việc tách chất thải nhựa. Chất thải
nhựa là hỗn hợp phức tạp trong thực tế,
và sự khác biệt giữa hỗn hợp thực tế và
hỗn hợp hiện tại chủ yếu bao gồm các
thành phần nhựa và các loại trong hỗn
hợp. Do đó, cần nhiều nỗ lực hơn nữa
để áp dụng công việc này để tái chế
chất thải nhựa.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
A. BUEKENS AND J. YANG, “Recycling of WEEE plastics: A review,” J.
Mater. Cycles Waste Manag., vol. 16, no. 3, pp. 415–434, 2014.
H. GIÁ, N. LIỆU, AND T. CẦU, “Báo cáo ngành nhựa 03/2017,” no. 08, 2017.
C. P. BALDÉ, F. WANG, R. KUEHR, AND J. HUISMAN, The Global E-Waste
Monitor 2014. 2015.

P. WÄGER, M. SCHLUEP, E. MÜLLER, AND C.-S. GALLEN, “RoHS
substances in mixed plastics from Waste Electrical and Electronic
Equipment,” Empa, pp. 1–113, 2010.
M. ALLSOPP, D. SANTILLO, AND P. JOHNSTON, “Environmental and Human
Health Concerns in the Processing of Electrical and Electronic Waste Greenpeace Research Laboratories,” Environ. Health Perspect., p. 25,
2006.

649