xử lý chất thải rắn nhiệt phân rác thải ni lông bằng xúc tác trong điều kiện không có oxygen đồ án tốt nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN: NHIỆT PHÂN RÁC THẢI NI LÔNG
BẰNG XÚC TÁC TRONG ĐIỀU KIỆN KHÔNG CÓ OXYEN

Trình độ đào tạo: 2010-2014
Ngành: Cơng nghệ và kĩ thuật hóa học
Chuyên ngành: Hóa dầu

Giảng viên hướng dẫn: Thạc sĩ Diệp Khanh
Sinh viên thực hiện:

Nguyễn Văn Nhân

MSSV: 1052010146

Lớp: DH10H1

Bà Rịa-Vũng Tàu, năm 2014


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN: NHIỆT PHÂN RÁC THẢI NI LÔNG
BẰNG XÚC TÁC TRONG ĐIỀU KIỆN KHÔNG CÓ OXYEN

Trình độ đào tạo: 2010-2014
Ngành: Cơng nghệ và kĩ thuật hóa học
Chuyên ngành: Hóa dầu

Giảng viên hướng dẫn: Thạc sĩ Diệp Khanh
Sinh viên thực hiện:

Nguyễn Văn Nhân

MSSV: 1052010146

Lớp: DH10H1

Bà Rịa-Vũng Tàu, năm 2014


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA VŨNG TÀU

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

KHOA HÓA HỌC & CNTP

------

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: Nguyễn Văn Nhân

MSSV: 1052010146

Ngày, tháng, năm sinh: 20/06/1992

Nơi sinh: Quảng Nam

Ngành: Cơng nghệ kỹ thuật hóa học
I. TÊN ĐỀ TÀI: Xử lý chất thải rắn: Nhiệt phân rác thải ni lông bằng xúc tác trong
điều kiện không có oxyen.
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
 Tổng quan về ni lông phế thải và phương pháp nhiệt phân xử lý ni lông phế
thải.
 Định hướng nghiên cứu và tiến hành thực nghiệm khảo sát ảnh hưởng của
xúc tác đến q trình nhiệt phân rác thải ni lơng dùng xúc tác.
 Kiểm tra tính chất sản phẩm sau nhiệt phân, đánh giá ảnh hưởng của xúc tác
và đưa ra kết quả.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN: 17/02/2014
IV. NGÀY HOÀN THÀNH ĐỒ ÁN: 07/07/2014
V. HỌ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS. Diệp Khanh

CÁN BÔ HƯỚNG DẪN

Bà Rịa – Vũng Tàu, ngày 01 tháng 07 năm 2014
SINH VIÊN THỰC HIỆN

(ký ghi rõ họ tên)

(ký ghi rõ họ tên)

TRƯỞNG BỘ MÔN

TRƯỞNG KHOA

(ký ghi rõ họ tên)

(ký ghi rõ họ tên)


LỜI CAM ĐOAN
Trong q trình thực hiện đồ án, tơi xin cam đoan những số liệu thực nghiệm
là hoàn toàn chính xác và khơng sao chép từ bất kỳ đồ án nào. Các phần có trích dẫn
nội dung từ các tài liệu tham khảo đã được ghi rõ trong phần Tài liệu tham khảo cuối
đồ án.
Tôi xin cam đoan những điều trên là sự thật và chịu hoàn toàn trách nhiệm về
lời cam đoan này.

Sinh viên

Nguyễn Văn Nhân


LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cơ trong hóa học và cơng nghệ thực
phẩm trường đại học Bà Rịa – Vũng Tàu đã tận tình dạy dỗ. Tôi xin gửi lời
cảm ơn sâu sắc đến thầy Diệp Khanh, đã không tiếc thời gian và công sức tận
tình hướng dẫn, thảo ḷn và dẫn dắt tơi hồn thành luận văn này. Chính những
chỉ dẫn quý báu của thầy Diệp Khanh và các thầy cô trong khoa đã giúp tôi
từng bước giải quyết các vấn đề trong quá trình thực hiện đề tài, giúp tơi có thể

kết quả như hôm nay.
Tôi muốn gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè, những người ln ln ở bên
và động viên tinh thần cho tôi, tiếp thêm cho tôi động lực để tơi vượt qua
những khó khăn trong học tập và trong cuộc sống.
Do kiến thức, kinh nghiệm có hạn đồng hơn nữa gian thực hiện còn hạn chế,
nên đồ án này khơng thể tránh khỏi những thiếu sót. Do vậy, tơi rất mong
nhận được sự đóng góp ý kiến của q thầy cơ để ḷn văn này được hồn chỉnh
hơn.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Tp. Vũng tàu, tháng 7 năm 2013
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Văn Nhân


Đồ án tốt nghiệp Đại học – Khóa 2010 – 2014

Trường ĐH BRVT

MỤC LỤC
MỤC LỤC ................................................................................................................... i
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .......................................................................... iv
DANH MỤC CÁC BẢNG..........................................................................................v
DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ, HÌNH ẢNH ................................................................ vi
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài ....................................................................................... 1
2. Tình hình nghiên cứu ........................................................................................... 1
3. Mục đích nghiên cứu ........................................................................................... 1
4. Nhiệm vụ nghiên cứu ........................................................................................... 2
5. Phương pháp nghiên cứu ..................................................................................... 2

6. Kết quả đạt được .................................................................................................. 2
7. Kết cấu đề tài: ...................................................................................................... 2
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ........................................................................................3
1.1. Tổng quan về ni lông phế thải........................................................................... 3
1.1.1. Hiện trạng chất thải ni lông ........................................................................ 3
1.1.2. Định nghĩa, phân loại túi ni lông ................................................................ 8
1.2. Các phương pháp xử lý nhựa phế thải ............................................................ 12
1.2.1. Phương pháp tái chế ................................................................................. 12
1.2.2. Phương pháp đốt....................................................................................... 14
1.2.3. Phương pháp khí hóa. ................................................................................ 17
1.2.4. Phương pháp thủy nhiệt ............................................................................. 18
1.2.5. Phương pháp nhiệt phân ............................................................................ 18
1.3. Phương pháp nhiệt phân túi ni lông phế thải. ................................................. 19
1.3.1. Lý thuyết về bản chất quá trình nhiệt phân .............................................. 19
1.3.2. Phân loại ................................................................................................... 20
1.3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình nhiệt phân................................... 24
1.3.4. Sơ đồ cơng nghệ nhiệt phân ni lông phế thải ........................................... 30
1.4. Tổng Quan Về Xúc Tác Nhiệt Phân Nhơm Ơxít ............................................ 32

Ngành Cơng nghệ kỹ thuật Hóa học

i

Khoa Hóa học và Cơng nghệ thực phẩm


Đồ án tốt nghiệp Đại học – Khóa 2010 – 2014

Trường ĐH BRVT

1.4.1. Giới thiệu về nhơm ơxít ........................................................................... 32
1.4.2. Phân loại nhơm ơxít ................................................................................. 33
1.4.3. Giới thiệu về γ- Al2O3 xúc tác nhiệt phân ................................................ 38
1.5. Tổng quan về xúc tác nhiệt phân Bentonite ................................................... 46
1.5.1. Khái niệm và thành phần của Bentonite................................................... 46
1.5.2. Các loại cấu trúc của Bentonite ................................................................ 46
1.5.3. Tính chất lý, hóa của Bentonite ................................................................ 48
1.5.4. Hoạt hóa Bentonite ................................................................................... 52
1.5.5. Bentonite biến tính bằng kim loại ............................................................ 54
1.5.6. Ứng dụng của Bentonite ........................................................................... 55
CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM NGHIÊN CỨU NHIỆT PHÂN NI LÔNG PHẾ
THẢI .........................................................................................................................60
2.1. Nguyên Liệu, Dụng Cụ Và Thiết Bị ............................................................... 60
2.1.1. Hóa chất và nguyên liệu ........................................................................... 60
2.1.2. Thiết bị sử dụng ........................................................................................ 61
2.2. Phương pháp tiến hành. .................................................................................. 64
2.2.1. Tạo hình xúc tác ....................................................................................... 64
2.2.2. Quy trình nhiệt phân ni lơng..................................................................... 66
2.3. Các phương pháp tiến hành xác định tính chất thành phần của sản phẩm ..... 69
2.3.1. Sắc kí khí – khối phổ (GC – MS) ............................................................. 69
2.3.2. Phương pháp đo độ nhớt .......................................................................... 70
2.3.3. Phương pháp đo nhiệt độ chớp cháy ........................................................ 71
2.3.4. Phương pháp đo nhiệt trị .......................................................................... 72
2.3.5. Phương pháp chưng cất ............................................................................ 73
2.3.6. Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (XRD) .................................................. 74
CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN ..............................................................76
3.1. Kết quả nghiên cứu quá trình nhiệt phân .................................................... 76
3.1.1. Kết quả khảo sát hiệu suất sản phẩm lỏng, khí và rắn ............................. 76
3.1.2. Kết quả khảo sát tổng thời gian nhiệt phân của các loại xúc tác .............. 80
3.1.3. Kết quả khảo sát khả năng tái sinh của xúc tác ........................................ 82

Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học

ii

Khoa Hóa học và Cơng nghệ thực phẩm


Đồ án tốt nghiệp Đại học – Khóa 2010 – 2014

Trường ĐH BRVT

3.1.4. Phân tích GC-MS sản phẩm lỏng ............................................................ 86
3.1.4. Kết quả khảo sát nhiệt độ phản ứng nhiệt phân cho hiệu suất lỏng cao nhất
............................................................................................................................ 90
3.2. Tổng hợp các kết quả của quá trình khảo sát ảnh hưởng của các loại xúc tác
đối với quá trình nhiệt phân túi ni lông. ................................................................ 92
3.3. Kết luận chung về xúc tác cho q trình nhiệt phân ni lơng .......................... 93
CHƯƠNG 4 ..............................................................................................................95
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................95
4.1 Kết luận ............................................................................................................ 95
4.1 Kiến nghị.......................................................................................................... 96
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................97
PHỤ LỤC ..................................................................................................................99
A. Phụ lục Phổ GM-MS......................................................................................... 99
Phục lục 1: Phổ đồ GM-MS mẫu dầu dùng xúc tác Bentonite/H+ khi nhiệt
phân ...................................................................................................................... 100
Phục lục 2: Phổ đồ GM-MS mẫu dầu dùng xúc tác DMC/H+ khi nhiệt phân ..... 104
Phục lục 3: Phổ đồ GM-MS mẫu dầu nhiệt phân không dùng xúc tác ............... 108

Ngành Cơng nghệ kỹ thuật Hóa học

iii

Khoa Hóa học và Cơng nghệ thực phẩm


Đồ án tốt nghiệp Đại học – Khóa 2010 – 2014

Trường ĐH BRVT

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
ABS

: Acrylonitil Butadien-Styren

CTR
Bentonite H+

: Chất thải rắn

Bentonite/H+

: Bentonite tẩm Benntonite hoạt hóa axit

Bentonite - H+

: Bentonite trộn Benntonite hoạt hóa axit

: Benntonite hoạt hóa axit

Bentonite chống : Bentonite chống polycation Al 3+
BTX

: Benzen-Toluen-Xylen

DMC/H+

: DMC tẩm Benntonite hoạt hóa axit

DMC – H+

: DMC trộn Benntonite hoạt hóa axit

DMC chống

: DMC chống polycation Al3+

GC

: Chromatography (Sắc kí)

HDPE

: PolyEtylen tỉ trọng cao

LDPE

: PolyEtylen tỉ trọng thấp

MS

: Mass Spectrometry (Khối phổ)

MQTB

: Mao quản trung bình

PB

: PolyButadien

PE

: PolyEtylen

PET

: PolyEtylen Terephthalat

PMMA

: PolyMetyl metacrylat

PP

: PolyPropylen

PS

: PolyStyren

PVC

: Polyvinyl clorua

TCVN

: Tiêu chuẩn Việt Nam

XRD

: X-ray Diffraction

Ngành Cơng nghệ kỹ thuật Hóa học

iv

Khoa Hóa học và Cơng nghệ thực phẩm


Đồ án tốt nghiệp Đại học – Khóa 2010 – 2014

Trường ĐH BRVT

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Tính chất của LDPE và HDPE [7]............................................................12
Bảng 1.2. Hiệu suất chuyển hóa hydrocacbon thơm từ n-hecxane với các xúc
tác HZSM-5 tẩm kim loại ........................................................................................29
Bảng 1.3. Bảng tóm tắt các đặc tính của nhơm ôxít ................................................33

Bảng 1.4. Một số ứng dụng của γ- Al2O3 .................................................................45
Bảng 2.1. Điều kiện thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng loại xúc tác.............................68
Bảng 3.1. Hiệu suất sản phẩm lỏng, khí và rắn lấy trung bình sau 3 lần nhiệt phân 76
Bảng 3.2. Hiệu suất sản phẩm lỏng, khí thu được khi nhiệt phân với các xúc tác ..84
Bảng 3.3. Thành phần và hàm lượng % hydrocacbon có trong các mẫu dầu ...........88
Bảng 3.4. Hàm lượng % thành hydrocacbon có trong các mẫu dầu ........................89
Bảng 3.5. Diện tích bề mặt riêng và kích thước lỗ mao quản của Bentonite hoạt hóa
axit và Bentonite chống Al3+[9] ................................................................................90
Bảng 3.6. Nhiệt độ phản ứng của quá trình nhiệt phân .............................................91
Bảng 3.7. Kết quả của quá trình khảo sát ảnh hưởng của các loại xúc tác đối với q
trình nhiệt phân túi ni lơng ........................................................................................93
Bảng 4.1. Hàm lượng % thành hydrocacbon có trong các mẫu dầu ........................95

Ngành Cơng nghệ kỹ thuật Hóa học

v

Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm


Đồ án tốt nghiệp Đại học – Khóa 2010 – 2014

Trường ĐH BRVT

DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ, HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Tỷ lệ các loại nhựa phế thải/tổng thành phần nhựa trong rác thải [7] ........7
Hình 1.2. Quy trình sản xuất túi ni lơng [7] ..............................................................10
Hình 1.3. Sơ đồ tái chế ni lơng phế thải [11] [Ni lơng ..............................................13
Hình 1.4. Sơ đồ cơng nghệ đốt rác thải [1] ...............................................................15
Hình 1.5. Cơ chế bẻ gãy mạch ngẫu nhiên của polyethylen [6][12] ........................21

Hình 1.6. phản ứng nội phân tử đóng vịng giữa ion cacboni và liên kết đơi[6][12]
...................................................................................................................................23
Hình 1.7. Cơ chế phản ứng xúc tác của quá trình nhiệt phân PE[12] .......................23
Hình 1.8. Biểu đồ thể hiện hiệu suất chuyển hóa theo nồng độ kim loại Ga ....29
Hình 1.9. Sơ đồ cơng nghệ nhiệt phân ni lơng phế thải [1] ......................................30
Hình 1.10. Cấu trúc tinh thể nhơm ơxít ....................................................................32
Hình 1.11. Nhiệt độ chuyển pha của các dạng hợp chất hydrơxít thành Bemít ......34
Hình 1.12. Cấu trúc tinh thể gamma nhơm ơxít .......................................................36
Hình 1.13. Giản đồ cấu trúc tinh thể hai lớp đầu tiên của κ- Al2O3 .........................37
Hình 1.14. Giản đồ cấu trúc tinh thể lớp đầu tiên của tinh thể α- Al2O3 .................38
Hình 1.15. Cấu trúc khối của γ- Al2O3......................................................................39
Hình 1.16. Sự phân bố của Al3+ trong mạng khơng gian. ........................................39
Hình 1.17. Vị trí ion Al3+ trong cấu trúc bó chặt anion. ..........................................40
Hình 1.18. Hai lớp đầu tiên của tinh thể γ- Al2O .....................................................40
Hình 1.19. Ba dạng cấu trúc hình thành khi tổng hợp trong mơi trường bazơ ........41
Hình 1.20. Dạng cấu trúc hình thành khi tổng hợp trong mơi trường axit ..............41
Hình 1.21. Cấu trúc tinh thể của Montmorillionite [4] .............................................47
Hình 1.22. Cấu trúc khơng gian ba chiều của Montmorillionite .............................47
Hình 1.23. Đơn vị cấu trúc mạng tứ diện SiO4 .........................................................48
Hình 2.1. Thiết bị tạo hình xúc tác ............................................................................61
Hình 2.2. Hệ thống nhiệt phân ni lơng phế thải thành dầu .......................................62
Hình 2.3. Hệ thống xử lý khí.....................................................................................64

Ngành Cơng nghệ kỹ thuật Hóa học

vi

Khoa Hóa học và Cơng nghệ thực phẩm

Đồ án tốt nghiệp Đại học – Khóa 2010 – 2014

Trường ĐH BRVT

Hình 2.4. Quy trình trộn, tạo hình và tẩm để thu xúc tác dạng viên .........................65
Hình 2.5. Quy trình nhiệt phân..................................................................................66
Hình 2.6. Sơ đồ cơng nghệ hệ thống nhiệt phân tại phòng thí nghiệm .....................67
Hình 2.7. Sơ đồ máy sắc kí – khối phổ (GC – MS) ..................................................69
Hình 2.8. Nhớt kế mao quản .....................................................................................71
Hình 2.9. Thiết bị đo nhiệt độ chớp cháy cốc kín, cốc hở (trái qua) ........................72
Hình 2.10. Sơ đồ nhiệt lượng kế ...............................................................................73
Hình 2.11. Mơ hình chưng cất ASTM.......................................................................73
Hình 3.1. Sản phẩm dầu sau khi nhiệt phân bởi các xúc tác khác nhau ...................76
Hình 3.2. Biểu đồ thể hiện hiệu suất các loại sản phẩm của quá trình nhiệt phân ....77
Hình 3.3. Thời gian nhiệt phân của các loại xúc tác .................................................80
Hình 3.4. Hệ thống nhiệt phân ni lơng phế thải thành dầu .......................................82
Hình 3.5. Hiệu suất sản phẩm lỏng thu được khi tái sinh lần thứ nhất của các xúc tác
...................................................................................................................................83
Hình 3.6. Hiệu suất sản phẩm lỏng tái sinh lần thứ hai của các xúc tác ...................85

Ngành Cơng nghệ kỹ thuật Hóa học

vii

Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm


Đồ án tốt nghiệp Đại học – Khóa 2010 – 2014

Trường ĐH BRVT

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Với sự tiện dụng trong việc sử dụng các túi ni lông, hàng ngày một lượng lớn rác
thải này được thải ra môi trường mà vẫn chưa có phương pháp nào xử lý thực sự có
hiệu quả.
Sự tồn tại của chúng trong môi trường gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới nguồn
nước và đất, khi bị tắc nghẽn trong các cống rãnh, gây ứ đọng nước, trở thành nơi chứa
các mối nguy hại tiềm tàng cho sức khỏe con người, bên cạnh đó chúng còn làm mất
mỹ quan môi trường.Theo các nhà khoa học, túi ni lông phân hủy có thể mất từ 500
đến 1000 năm nếu không bị tác động của ánh sáng mặt trời. Và điều đáng lo là số
lượng túi ni lông được sản xuất và sử dụng mỗi năm lại tăng lên. Ư ớc tính, mỗi
năm nhân loại sử dụng khoảng 500 tỉ đến 1.000 tỉ túi nhựa[11].
Chúng ta có thể xử lý chúng theo một số phương pháp như chôn lấp, đốt,…Tuy
nhiên với phương pháp đốt sẽ sinh ra nhiều khí độc hại cho mơi trường, trong đó có
cả chất dioxin. Bên cạnh đó nếu sử dụng phương pháp chơn lấp rác thải, chúng ta
vơ tình bỏ đi một nguồn nhựa đáng quý. Do vậy phương pháp nhiệt phân nhựa
thành dầu nhiên liệu là một hướng đi mang lại giá trị kinh tế cao, đồng thời giải
quyết được vấn đề về môi trường. Phương pháp này đã được nghiên cứu tại một số
nước như Mỹ, Nhật Bản,…
2. Tình hình nghiên cứu
Hiện nay, ở Việt Nam, các công trình nghiên cứu xử lý rác thải có nguồn gốc chất
dẻo và đặc biệt là túi ni lông bằng phương pháp nhiệt phân xúc tác để sản xuất nhiên
liệu góp phần xử lý môi trường hầu như chưa được quan tâm và phát triển đúng
mức về lĩnh vực này, khiến cho rác thải có nguồn gốc chất dẻo ngày càng nhiều,
gây ô nhiễm một cách trầm trọng và tại Việt Nam.
3. Mục đích nghiên cứu
Thực hiện quá trình nhiệt phân rác thải ni lông để thu sản phẩm lỏng và khí làm
nhiên liệu, cùng với việc nghiên cứu khảo sát sử dụng loại xúc tác DMC, Betonite

Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học

Trang 1

Khoa Hóa học và Cơng nghệ thực phẩm


Đồ án tốt nghiệp Đại học – Khóa 2010 – 2014

Trường ĐH BRVT

chống polycation Al3+…có bề mặt riêng cao, kích thước mao quản phù hợp để làm
xúc tác dị thể nhằm tăng độ chọn lọc, tăng hiệu suất thu sản phẩm mong muốn, và
góp phần “xanh hóa” ngành cơng nghiệp sản x́t hóa chất, giảm thiểu chi phí và bảo
vệ môi trường môi sinh.
4. Nhiệm vụ nghiên cứu
Tiến hành tạo hình xúc tác thành dạng viên từ xúc tác dạng bột phụ vụ cho quá
trình nhiệt phân.
Khảo sát các điều kiên nhiệt phân trên các xúc tác khác nhau để chọn ra điều kiện
thu được hiệu suất sản phẩm lỏng cao và xúc tác tối ưu cho quá trình nhiệt phân rác
thải ni lông.
5. Phương pháp nghiên cứu
Chuẩn bị xúc tác cho quá trình nhiệt phân theo hai phương pháp tẩm và trộn
Sử dụng hệ thống nhiệt phân tại phòng thí nghiệm để tiến hành khảo sát các điều
kiện nhiệt phân.
6. Kết quả đạt được
Đã tìm ra được các điều kiện tối ưu cho quá trình nhiệt phân túi ni lông.
Đánh giá được chất lượng của sản phẩm lỏng nhiệt phân.
7. Kết cấu đề tài:
Chương 1: Tổng quan

Chương 2: Khảo sát thực nghiệm
Chương 3: Kết quả và bàn luận
Chương 4: Kết ḷn và kiến nghị

Ngành Cơng nghệ kỹ thuật Hóa học

Trang 2

Khoa Hóa học và Cơng nghệ thực phẩm


Đồ án tốt nghiệp Đại học – Khóa 2010 – 2014

Trường ĐH BRVT

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về ni lông phế thải
1.1.1. Hiện trạng chất thải ni lông
a. Tác hại của bao ni lông
Túi ni lông được sản xuất từ nhựa polyethylene khi được thải ra ngồi mơi
trường q trình tự phân hủy của nó diễn ra rất chậm. Thực tế, dưới tác động của ánh
sáng, túi xốp vỡ ra thành nhiều phân tử nhựa nhỏ hơn gây nên ô nhiễm cho đất và
nguồn nước. Rác thải túi ni lông có thể hiện diện ở mọi nơi trên trái đất từ Nam Cực
đến Bắc Cực, trong thức ăn của động vật đến môi trường cống rảnh, ao hồ. Theo Cơ
quan Khảo sát Nam cực của Vương quốc Anh, túi ni lơng được thấy trơi nổi ở vùng
biển phía Bắc Bắc cực trong khi Trung tâm bảo tồn môi trường biển của Hoa Kỳ
gần đây cho biết túi ni lông chiếm hơn 10% số rác thải dạt vào bờ biển nước này
[11]. Túi ni lơng có thể là thảm họa cho đời sống của nhiều sinh vật. Theo Quỹ Bảo
tồn động vật hoang dã thế giới (WCS), nhiều cá thể thuộc khoảng 200 loài sinh

vật biển (như cá voi, cá heo, hải cẩu, rùa...) đã chết sau khi nuốt phải túi ni lơng do
nhầm là thức ăn; nhiều lồi thủy sản cũng bị chết ngạt khi chui vào túi ni lông [11].
Không kể những tác hại môi trường mà các thế hệ sau phải gánh chịu, túi ni
lơng cịn gây ra nhiều tác hại trước mắt, trực tiếp vào người sử dụng. Rác thải ni
lông làm tắc các đường dẫn nước thải gây ngập lụt cho đô thị, dẫn đến ruồi m̃i
phát sinh, lây trùn dịch bệnh… Bao bì ni lơng cũng đe doạ trực tiếp tới sức khoẻ
con người vì nó chứa chì, cadimi…(có trong mực in tạo mầu trên các bao bì) có
thể gây tác hại cho não và là nguyên nhân chính gây ra bệnh ung thư phổi [11].
Vấn đề đối với rác thải ni lông là, chúng có thời gian phân hủy rất chậm trong
môi trường tự nhiên mất khoảng 500 đến 1000 năm, sản phẩm của q trình phân huỷ
khơng phải các chất vơ hại….Ví dụ: Các bao ni lông khi phân hủy trong đất sẽ tạo ra

Ngành Cơng nghệ kỹ thuật Hóa học

Trang 3

Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm


Đồ án tốt nghiệp Đại học – Khóa 2010 – 2014

Trường ĐH BRVT

các chất làm môi trường đất bị trơ, không giữ được nước và chất dinh dưỡng cần thiết
cho cây trồng .
b. Thế giới
Sản lượng nhựa phục vụ cho việc sản xuất túi ni lông trên thế giới tăng bình
quân hàng năm khoảng 3,5%. Năm 1997, tổng sản lượng nhựa nói chung của thế giới
là 127 triệu tấn, riêng Tây Âu là 27,978 triệu tấn, trong đó LDPE(Polyetylen tỉ trọng
thấp) chiếm 20,5%, HDPE(Polyetylen tỉ trọng cao) : 14%.[7]

Chỉ tính riêng LDPE năm 1999 thế giới đã sản xuất 27,4 triệu tấn, năm 2000:
33,8 triệu tấn, HDPE năm 1999 là 16,3 triệu tấn, năm 2000: 20,6 triệu tấn.[7]
Sản lượng LDPE của châu Á năm 1999: 5,5 triệu tấn; năm 2000: 7,8 triệu
tấn; HDPE năm 1999: 4,3 triệu tấn; năm 2000: 6,5 triệu tấn.[7]
Số lượng túi ni lông sử dụng hàng năm trên đầu người ở Ai-len ước tính là 328
túi/người/năm, ở Ơxtrâylia là 250 túi/người/năm, ở Scốt-len là 153 túi/người/năm.
Mỡi năm có 500 tỷ túi ni lơng được tiêu thụ trên tồn cầu, để sản x́t ra lượng túi
ni lơng này, ước tính phải tiêu tốn tới 12 triệu thùng dầu thô, tương đương để sản
xuất ra 240 triệu ga-lông xăng. Ước tính, mỡi năm nhân loại sử dụng khoảng 500 tỉ
đến 1.000 tỉ túi ni lông.[7]
Năm 2004, các siêu thị ở Pháp tiêu thụ 12 tỷ túi ni lông nhẹ (giảm đi so với 15
tỷ túi của năm 2003).Mức tiêu thụ trung bình năm trên đầu người là 2 kg. Ở Hy
Lạp, 10 tỷ túi ni lông được phân phát mỗi năm. Ở Anh, con số này là khoảng 8 tỷ
túi/năm. Ở Ôxtrâylia nơi chú ý nhiều tới các cơng cụ chính sách giảm thiểu túi ni
lơng, khoảng 6,9 triệu túi được sử dụng mỗi năm.[7]
Nhật Bản là nước tiêu thụ túi ni lông với khối lượng lớn, khoảng 30 tỷ
chiếc/năm - tương đương 300 chiếc/người lớn. Con số này chưa kể hàng tấn túi ni
lơng bọc ngồi các áo sơ mi ở các cửa hàng giặt tẩy quần áo và các bao gói bánh
quy rất nhỏ. Nhật Bản là nước sử dụng túi ni lông nhiều hơn tất cả các nước trên thế
giới.[7]

Ngành Cơng nghệ kỹ thuật Hóa học

Trang 4

Khoa Hóa học và Cơng nghệ thực phẩm


Đồ án tốt nghiệp Đại học – Khóa 2010 – 2014

Trường ĐH BRVT

Hiện nay, Nhật Bản đang cố gắng giảm sử dụng túi ni lông bằng việc sửa đổi
luật, giúp chính phủ đưa ra những cảnh báo cho người bán lẻ chưa thực hiện đầy đủ
việc giảm, tái sử dụng và tái chế chất thải. Luật sửa đổi đã được Quốc hội Nhật Bản
phê chuẩn. Nhưng đối với một quốc gia nổi tiếng về bao b ì phức tạp thì việc
giảm sử dụng túi ni lông sẽ là một công việc khó khăn. Theo Cơng ty Franchise, đại
diện cho hơn 125 cơ sở bán hàng ở Nhật Bản, túi ni lông là một trong các sản
phẩm được bán ra với lượng nhiều. Tất nhiên, việc cắt giảm sử dụng túi ni lơng là có
lợi, nhưng cơng ty khơng thể đưa cho những khách hàng hộp đồ ăn nóng hay kem
lạnh mà khơng có túi. Điều đó khơng đảm bảo vệ sinh và rất khiếm nhã.
Ở Hoa Kỳ - Năm 2007, Hội đồng thành phố San Francisco đã trở thành thành
phố đầu tiên của Hoa Kỳ cấm sử dụng túi ni lông tại các siêu thị lớn nhằm thúc đẩy
hoạt động tái chế. San Francisco sử dụng 181 triệu túi ni lông đựng hàng/năm và
lệnh cấm này sẽ tiết kiệm được 450.000 galông dầu mỏ mỗi năm và loại bỏ 1400
tấn chất thải khỏi các bãi chôn lấp. Theo luật được thông qua, các siêu thị lớn và
hiệu thuốc sẽ không được phép cung cấp túi nhựa sản xuất từ các sản phẩm dầu lửa.
Đến năm 2010, bang New Jersey sẽ loại bỏ sử dụng túi ni lông.[11]
Vào tháng 1/2008, thị trưởng Michael Bloomberg của thành phố New York
đã ký dự luật buộc người bán hàng quy mô lớn phải xây dựng các chương trình tái
chế túi ni lơng và sử dụng túi tái chế.
Từ Ailen đến Uganda và Nam Phi, chính phủ các nước đều đã thí nghiệm áp
dụng đánh thuế, cấm hoàn toàn hoặc cấm một phần sử dụng, sản xuất túi siêu mỏng.
Uganda đã cấm sử dụng túi ni lông dày chưa đến 100 micron và ủng hộ lệnh cấm
này thông qua các chiến dịch nâng cao nhận thức cộng đồng. Hiện nay, ở Tanzania
các hoạt động sản xuất, nhập khẩu, mua bán và sử dụng túi ni lông dày từ 30 - 65
micron đều bị cấm. [11]
Từ ngày 1/7/2008, Đài Loan thực hiện quy định cấm các nhà máy sản xuất
túi ni lông đựng hàng. Nhà máy nào vi phạm quy định này sẽ bị phạt đến 9.000

Ngành Cơng nghệ kỹ thuật Hóa học

Trang 5

Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm


Đồ án tốt nghiệp Đại học – Khóa 2010 – 2014

Trường ĐH BRVT

USD. Cơ quan Bảo vệ môi trường Đài Loan cũng mở chiến dịch vận động người
dân không dùng túi ni-lông để đựng hàng khi đi chợ hoặc siêu thị. Theo số liệu của
Cơ quan Bảo vệ môi trường Đài Loan, mỗi ngày người dân Đài Loan dùng hơn 16
triệu túi ni lông các loại và thải ra một lượng rác chiếm khoảng 20% lượng rác thải
trên hòn đảo này. Hiện nay, người Đài Loan sử dụng túi ni lông cao hơn 5% so
với các nước công nghiệp phát triển khác.[11]
Ở Đức, hầu hết các cửa hiệu đều đưa cho khách hàng các chọn lựa giữa túi ni
lông và túi vải với mức phí nhất định. Túi ni lơng, tùy vào kích cỡ, có giá từ 7-74
cent. Túi vải giá khoảng 1,47 USD. Rất nhiều người mua hàng ở Đức đã tự mang
túi đi mua hàng hoặc sử dụng túi có khả năng phân huỷ sinh học. Cho dù khách
hàng có hay khơng dùng túi ni lơng, tất cả cửa hàng ở Đức đều tính phí tái chế với
người mua hàng.[11]
Trung Quốc, mỗi năm Trung Quốc sử dụng 5 triệu tấn dầu thô để sản xuất 1,6
triệu tấn túi ni lơng, trong đó lượng túi ni lơng siêu mỏng chiếm gần 30%. Như vậy
quyết định cấm sử dụng túi ni lông là cần thiết và cũng là một cách tốt để tiết kiệm
năng lượng. Trung Quốc đã có lệnh cấm phát túi ni lơng miễn phí bắt đầu có hiệu
lực vào tháng 6/2008. Nước này cũng cấm sản xuất túi ni lông siêu mỏng. Đây là
biện pháp mà Trung Quốc tin rằng cần thiết để giảm bớt ô nhiễm và tiết kiệm
nguồn tài nguyên. Theo quy định mới, từ tháng 6/2008, tất cả các cửa hiệu, siêu thị

và đại lý tiêu thụ không được phát túi ni lông miễn phí và mọi người mua hàng đều
phải trả tiền mua túi đựng. Thêm vào đó, việc sản xuất, phân phối và sử dụng
loại túi có độ dày dưới 0,25mm cũng bị cấm từ tháng 6/2008. Quy định phạt và
tịch thu hàng hóa nếu vi phạm cũng được ban hành kèm theo.[11]
Chiến lược phát triển quản lý môi trường ở các nước (Anh, Mỹ, Pháp, Hà
Lan, Thủy Điện, Nhật, Đài Loan,…) đều hướng về mục tiêu 3R (Reduce, reuse,
recycle ) là giảm thải, tái sử dụng và tái chế. Trong đó mục tiêu hàng đầu là giảm
thải lượng chất thải. Đồng thời xử lý chất rắn củng hạn chế chôn lấp do quỹ ngày
càng đất hẹp và thay bằng công nghệ mới đối với các chất rắn không thể tái chế
Ngành Cơng nghệ kỹ thuật Hóa học

Trang 6

Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm


Đồ án tốt nghiệp Đại học – Khóa 2010 – 2014

Trường ĐH BRVT

được.[11]
c. Trong nước

HDPE
7%

PET
6%

PS

2%

PP
1%

PVC,6%

LDPE (Tói ni l«ng)
78%

Hình 1.1. Tỷ lệ các loại nhựa phế thải/tổng thành phần nhựa trong rác thải [7]

Hiện nay, Việt Nam hàng năm sử dụng khoảng nửa triệu tấn chất dẻo để làm
bao bì nhựa, tiêu dùng bình quân khoảng 25 – 35kg nhựa/người, và dự báo trong
những năm tới, khi đời sống kinh tế ngày càng phát triển thì mức tiêu dùng sẽ đạt
hơn 40kg, đồng thời sản lượng ngành bao bì nhựa lúc đó sẽ đạt khoảng 1,4 triệu
tấn.[7]
Ở các khu vực đô thị, tuy chỉ chiếm 24% dân số cả nước, nhưng lại phát sinh
đến gần 50% chất thải mỗi năm. Theo thống kê từ các tỉnh, thành phố, năm 2002 cho
thấy lượng chất thải rắn bình quân khoảng từ 0,8kg đến 1,2kg/người.ngày ở các đô
thị lớn và từ 0,5kg đến 0,7kg/người.ngày ở các đơ thị nhỏ.Trong lượng rác thải đó thì
chất hữu cơ trung bình chiếm 45% - 60%, chất thải nhựa, ni lông chiếm từ 6% - 16%
[7].
Ở nông thôn, với hơn 70% dân số cả nước thì lượng rác thải phát sinh cũng là
một điều đáng quan tâm. Theo báo cáo diễn biến môi trường Việt Nam, rác thải nông
thôn ước tính 0,3kg/người.ngày và đang tăng đều theo từng năm.[7]
Hiện các hoạt động thu gom, tái chế nhựa và ni lơng phế thải hồn tồn do tư

Ngành Cơng nghệ kỹ thuật Hóa học

Trang 7

Khoa Hóa học và Cơng nghệ thực phẩm


Đồ án tốt nghiệp Đại học – Khóa 2010 – 2014

Trường ĐH BRVT

nhân tiến hành một cách tự phát, chưa có sự trợ giúp tích cực của Nhà nước. Tuy
tồn bộ khâu thu gom, vận chuyển và chôn lấp hoặc xử lý do các Công ty Môi
trường Đô thị thuộc chính qùn địa phương đảm nhận, nhưng cơng việc tái chế phế
thải hiện đang còn bỏ ngỏ. Các hoạt động thu gom, mua bán các thành phẩm có thể
tái chế, được những người nhặt rác và thu gom phế liệu tư nhân tiến hành.Việc thu
gom phế liệu nhựa và ni lơng, hầu hết diễn ra theo hình thức thủ cơng với các
phương tiện và công cụ lao động thô sơ, khơng có những phương tiện đảm bảo vệ
sinh an tồn lao động. Lực lượng thu gom nhựa phế thải chủ yếu là nữ và trẻ em
từ các vùng nơng thơn.
Nhìn chung các công nghệ tái chế ni lông và nhựa phế thải ở Việt Nam cịn ở
trình độ thấp, mang tính thủ cơng, tự phát thiếu sự đầu tư và quản lý của Nhà nước.
Về quy mô chủ yếu là sản xuất nhỏ của tư nhân với trình độ kỹ thuật thấp, đầu tư
chưa nhiều cả về chiều rộng lẫn chiều sâu. Về phương pháp chủ yếu là tái chế cơ
học ở trình độ thấp chưa có tái chế hóa học. Về mặt thu gom chưa được đầu tư đúng
mức, chủ yếu là lao động thủ công, năng suất và hiệu quả thấp.
1.1.2. Định nghĩa, phân loại túi ni lông
a. Định nghĩa
Chất thải ni lơng là các bao bì bằng nhựa polyethylene (PE) sau khi sử dụng thì
trở thành rác thải. Trong rác thải sinh hoạt còn có các loại nhựa khác cũng có chứa
các loại nhựa phế thải. Rác thải ni lông thực chất là một hỗn hợp nhựa, trong đó chiếm
phần lớn là nhựa PE.

Polyethylene (PE) là một chất dẻo thông dụng trong cuộc sống, chúng có một
số tính chất sau:
- Trong suốt, hơi có ánh mờ, có bế mặt bóng láng, mềm dẻo;
- Chống thấm nước và hơi nước tốt;
- Chống thấm khí O2, CO2, N2 và dầu mỡ đều kém;
- Chịu được nhiệt độ cao (dưới 230oC) trong thời gian ngắn;
- Bị căng phồng và hư hỏng khi tiếp xúc với tinh dầu thơm hoặc các chất tẩy
như Alcol, Aceton, H2O2…;
Ngành Cơng nghệ kỹ thuật Hóa học

Trang 8

Khoa Hóa học và Cơng nghệ thực phẩm


Đồ án tốt nghiệp Đại học – Khóa 2010 – 2014

Trường ĐH BRVT

- Có thể cho khí, hương thẩm thấu xuyên qua, do đó PE cũng có thể hấp thu và
giữ mùi trong bao bì;
- Làm túi xách các loại, thùng (can) có thể tích từ 1-20 lít với các độ dày khác
nhau;
- Cấu trúc của Polyethylene là một loại polymer có cấu trúc là một mạch
carbon dài, khơng phân nhánh.

H

H

C

C

H

H

n

Polyethylene được tổng hợp từ phản ứng trùng hợp ethene (C2H4), là khí nhẹ
được lấy chủ yếu từ dầu mỏ và là nguồn tài nguyên không thể phục hồi.
Polyethylene được tạo ra chủ yếu từ phản ứng trùng hợp gốc ở áp suất cao hoặc
phương pháp trùng hợp ion ở áp suất thường hay áp suất vừa.
Nguyên liệu làm túi ni lông hiện nay thường xuất phát từ hai nguồn: hạt
nhựa tái chế và hạt nhựa chính phẩm nhập khẩu. Phần lớn cơ sở sản xuất túi ni lông
hay sản phẩm nhựa nói chung đều dùng hạt nhựa chính phẩm nhập khẩu, còn hạt
nhựa tái chế được sử dụng với tỉ lệ nhỏ (khoảng 20%) và chủ yếu dùng để pha trộn
với hạt nhựa chính phẩm.

Ngành Cơng nghệ kỹ thuật Hóa học

Trang 9

Khoa Hóa học và Cơng nghệ thực phẩm


Đồ án tốt nghiệp Đại học – Khóa 2010 – 2014

Trường ĐH BRVT

Hạt nhựa
(trộn với chất thải nhựa công nghiệp)

Cấp vào máy đùn thổi
(nhiệt độ to = 350o C, áp suất 5 lb/m2)

Cuộn nhựa

Cuộn nhựa thành phẩm

Chọn chất lượng

Cuộn nhựa bị loại

Máy cắt
(hàn đáy)

Chuyển qua
khâu tạo hạt

Sản phẩm

Chọn chất lượng

Loại bỏ

Túi nhựa thành phẩm
Đóng gói
Thị trường

Hình 1.2. Quy trình sản x́t túi ni lơng [7]

Ngành Cơng nghệ kỹ thuật Hóa học

Trang 10 Khoa Hóa học và Cơng nghệ thực phẩm


Đồ án tốt nghiệp Đại học – Khóa 2010 – 2014

Trường ĐH BRVT

b. Phân loại nhựa
Polyethylene được chia làm nhiều loại dựa vào tỷ trọng, khối lượng phân tử,
độ kết tinh và độ khâu mạch.
- Khối lượng phân tử cực cao (UHMWPE);
- Khối lượng phân tử cao (HMWPE);
- Tỷ trọng cao (HDPE);
- Khâu mạch tỷ trọng cao (HDXLPE);
- PE khâu mạch (PEX);
- Tỷ trọng trung bình (MDPE);
- Tỷ trọng thấp (LDPE);
- Tỷ trọng thấp mạch thẳng (LLDPE);
- PE tỷ trọng cực thấp (VLDPE).
Polyethylene tỷ trọng cao (HDPE) thường dùng chế tạo túi lạnh, túi xốp, túi
xách, túi xốp mỏng sử dụng một lần ở các siêu thị và cửa ăn nhanh.
Polyethylene tỷ trọng thấp (LDPE) thường dùng chế tạo túi ni lơng dày hơn,
loại dày thường có dán nhãn, được dùng trong các cửa hàng cao cấp và rộng rãi
trong đời sống hàng ngày.

Ngành Cơng nghệ kỹ thuật Hóa học

Trang 11 Khoa Hóa học và Cơng nghệ thực phẩm


Đồ án tốt nghiệp Đại học – Khóa 2010 – 2014

Trường ĐH BRVT

Bảng 1.1. Tính chất của LDPE và HDPE [7]

Polyethylene tỷ trọng thấp

Polyethylene tỷ trọng cao

(LDPE)

(HDPE)

115oC

135oC

Thấp (50 – 60%), mạch chính

Cao (90%), mạch chính

gồm nhiều mạch bên 2-4

thẳng dài và ít mặt bên, dẫn

carbon, sự sắp xếp khơng

đến sự sắp xếp đều đặn và có

đồng đều, tính kết tinh thấp.

Tính chất

độ kết tinh cao.

Dẻo hơn HDPE do có độ kết

Ít dẻo hơn LDPE do có độ

tinh thấp

kết tinh cao

Khơng bền bằng HDPE do sự

Bền hơn LDPE do có sự sắp

sắp xếp khơng đồng đều

xếp đều đặn

Điểm nóng
chảy

Độ kết tinh

Tính dẻo
Độ bền
Tính chịu

Duy trì tính dẻo trong phạm vi

nhiệt

nhiệt trị rộng

Tính trong

Trong suốt do nó vơ định hình

Đục hơn do có độ kết tinh

suốt

hơn HDPE

cao

Tỷ trọng

0,91 – 0,94 g/cm3

0,95 – 0,97 g/cm3

Dùng được trên 100oC

Trơ về phương diện hóa học,
Tính chất

chịu tốt với các acid, khi tiếp

hóa học

xúc với ánh sang và oxy sẽ

Trơ về phương diện hóa học

mất đi tính bền
1.2. Các phương pháp xử lý nhựa phế thải
1.2.1. Phương pháp tái chế
a. Định nghĩa
Nhựa nhiệt dẻo như: PE, PP, PS,… sau khi sử dụng có thể được thu gom và tái
chế thành các sản phẩm khác.

Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học

Trang 12 Khoa Hóa học và Cơng nghệ thực phẩm


Đồ án tốt nghiệp Đại học – Khóa 2010 – 2014

Trường ĐH BRVT

Sau khi được thu gom từ các nguồn khác nhau, nhựa phế thải được phân loại rồi

qua các bước xử lý cần thiết để loại bỏ các thành phần kim loại, tạp chất. Tiếp theo,
nhựa phế thải sẽ được chế biến để tạo hạt rồi gia công tạo thành sản phẩm tái chế.
Vì tái chế nhựa có thể gây ra các rủi ro về sức khoẻ, vì vậy khi bổ sung các chất
phụ gia cần phải được kiểm soát cẩn thận. Đây là vấn đề đặc biệt quan trọng có liên
quan tới việc xuất khẩu chất thải nhựa từ các nước phát triển sang các nước đang phát
triển. Việc phân tích các thông tin hiện tại về các tác động bất lợi đối với sức khoẻ
nghề nghiệp của con người tiếp xúc trong môi trường tái chế nhựa còn chưa đầy đủ,
dữ liệu về tác động của các chất phụ gia trong nhựa đối với môi trường còn hạn chế.
b. Sơ đồ tái chế túi ni lơng
Quy trình tái chế chất thải ni lông tại các làng nghề thường theo các bước sau:
Ni lông phế
thải

Phân loại

Phơi khô

Ngiền, rửa

Bán nguyên liệu
nhựa

Lưu, bán sản
phẩm tái chế

Gia công sản
phẩm

Tạo hạt và dây nhựa

Hình 1.3. Sơ đồ tái chế ni lơng phế thải [11]

c. Thút minh quy trình

[Ni lơng

 Phân loại
Các loại nhựa được thu gom từ các nơi, tập trung về các cơ sở tái chế tách,
phân loại theo các mục đích sử dụng và xử lý. Việc tách, phân loại thường bằng
phương pháp thủ công và dựa vào kinh nghiệm. Phân loại thường theo các
phương pháp sau:

Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học

Trang 13 Khoa Hóa học và Cơng nghệ thực phẩm