Nghiên cứu quá trình phân hủy polymer rác thải thành hydrocacbon hữu ích ở dạng sản phẩm lỏng

ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP GVHD : GS.TS NGUYỄN HỮU TRỊNH
LỜI NÓI ĐẦU
Thế giới hiện nay , nhu cầu sử dụng chất đốt cho mọi ngành công
nghiệp , cho mọi hoạt động sinh hoạt đang ngày một tăng, trong khi nguồn
nhiên liệu lại ngày một giảm đi. Do đó ngày càng có nhiều công trình nghiên
cứu, chế tạo , sản xuất nhiên liệu từ các loại phế thải của các ngành công
nghiệp , phế thải sinh hoạt. Con người hiện nay đang phải đối diện với sự ô
nhiễm của rác thải, từ rác thải hữu cơ cho đến rác thải vô cơ. Cả hai loại rác
thải này đề gây khó khăn cho đời sống cho chúng ta. Vì vậy cần phải tìm các
xử lý các loại rác thải để giảm tối đa mức độ ô nhiễm của chúng đối với
cuộc sống . Bên cạnh đó cần phải tìm cách đưa các sản phẩm thu được từ
quá trình xử lý ứng dụng vào cuộc sống.
Việt Nam là một nước mà dân cư sống chủ yếu bằng nghề nông
nghiệp. Nền công nghiệp mới đang trên đà phát triển . Lượng rác thải ra môi
trường ngày càng tăng. Sự tăng nhanh lượng rác thải hàng ngày ở các đô thị
phụ thuộc rất nhiều vào các yếu tố như tốc độ tăng trưởng kinh tế, mức tăng
dân số và thói quen sinh hoạt của dân chúng . Không chỉ ở Việt Nam mà các
nước trên thế giới đều lo lắng và quan tâm nhiều đến vấn đề môi trường do
rác thải gây ra.
Rác thải ra có rất nhiều loại . Các nhà khoa học nghiên cứu về vấn đề
rác thải, phân ra hai nhóm rác thải đó là nhóm rác thải có khả năng lên men
và phần rác thải không có khả năng lên men.Hiện nay đã có nhiều công trình
nghiên cứu đưa ra các hướng xử lý rất tốt và sản phẩm tạo thành sau khi xử
lý đã được ứng dụng nhiều vào cuộc sống con người. Một thời gian dài các
loại rác thải hữu cơ không có khả năng lên men ở Việt Nam được đem đi đốt
, thiêu hủy. Nhưng với nhu cầu sử dụng nhiên liệu và yêu cầu đảm bảo môi
SVTH: TRẦN MINH TÂN – HÓA DẦU 2- K52 Page 1
ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP GVHD : GS.TS NGUYỄN HỮU TRỊNH
trường tự nhiên trong sạch hiện nay , vấn đề đặt ra là làm sao tái chế, sử
dụng loại rác thải này vào cuộc sống.
Nội dung của đề tài : Nghiên cứu quá trình phân hủy polymer rác

thải thành hydrocacbon hữu ích ở dạng sản phẩm lỏng.
Các sản phẩm này sau khi đem đi phân tích thành phần và tính chất sẽ được
đem vào sử dụng trong thực tế làm nguyên liệu để chế biến ra các loại nhiên
liệu phù hợp với thành phần của chúng như : xăng , kerosene , diezen , dầu
nhờn. Với nhu cầu về chất đốt như hiên nay thì cách làm này có thể mang
lại hiệu quả kinh tế cao đồng thời giúp cho môi trường trong sạch hơn.
SVTH: TRẦN MINH TÂN – HÓA DẦU 2- K52 Page 2
ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP GVHD : GS.TS NGUYỄN HỮU TRỊNH
PHẦN 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
CHƯƠNG 1 :VẤN ĐỀ POLYMER PHẾ LIỆU
I.Tình hình polymer phế liệu.
Hàng năm , mỗi quốc gia thải ra hàng trăm triệu tấn polymer phế liệu
các loại , đây thực sự là một thách thức lớn cho môi trường sống của con
người. Hầu hết các loại chất thải từ polymer đều rất khó phân hủy , phải mất
khoảng vài trăm năm đến cả nghìn năm nó mới có khả năng phân hủy vào
trong lòng đất. Thực tế là ta có thế dễ dàng bắt gặp nhữ núi chai lo, đồ dùng
nhựa, túi nylon khổng lồ trong đời sống hàng ngày.
Riêng thống kê năm 2008, tổng lượng chất thải rắn trên toàn quốc là
28 triệu tấn, song công tác xử lý chủ yếu vẫn là chôn lấp với số lượng trung
bình từ 1- 2 bãi ở mỗi đô thị, trong đó 85% đô thị từ xã trở lên sử dụng
phương pháp đổ thải không hợp vệ sinh, mới có 16/98 bãi chôn lấp chất thải
tập trung đạt yêu cầu.
Như vậy trung bình mỗi đô thị Việt Nam có từ 1-2 bãi chôn lấp chất
thải cần xử lý, cải tạo và phục hồi môi trường.
Cũng theo dự báo của Bộ Tài nguyên và Môi trường, đến năm 2020
,khối lượng chất thải rắn phát sinh là 68 triệu tấn, đến năm 2025 là 91 triệu
tấn , một con số khủng khiếp!
Rác thải từ mọi thành phần , chất thải từ công nghiệp , nông nghiệp
,sinh hoạt dù có bao nhiêu bãi rác cũng không thể nào chứa được hết. Đồng
hành với nó là sự ô nhiễm môi trường sống ,đe dọa trực tiếp đến sức khỏe

con người . Với sự quá tải về lượng rác như hiện nay , thì các loại rác khó
phân hủy cần phải tìm một hướng giải quyết mới để hạn chế đến mức thấp
nhất thải ra môi trường.
SVTH: TRẦN MINH TÂN – HÓA DẦU 2- K52 Page 3
ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP GVHD : GS.TS NGUYỄN HỮU TRỊNH
Hình 1: Rác thải đang ngày một tăng lên!
II.Nhũng vấn đề phát sinh từ polymer phế liệu.
Đối với con người.
Những bệnh truyền nhiễm gây ra từ loài muỗi có thể gây chết người
không còn là mới đối với con người. Đặc biệt là người dẫn ở những vùng
nhiệt đới và cận nhiệt đới như chúng . Những bệnh truyền nhiễm từ loài
muỗi có thể kể đến là bệnh sốt vàng , bệnh sốt rét. Những căn bệnh này đã
cướp đi mạng sống của nhiều người .Nhất là ở những khu vực gần bãi rác.
Ta biết rằng loài muỗi đẻ trứng trong nước đọng , cũng như nó có thể sinh
sôi từ trong những đống chai lọ nhựa bị vứt bỏ trên mặt đất, những túi nylon
đã qua xử dụng còn dang dở thực phẩm bên trong. Đó là những cái tổ tuyệt
vời nhất cho loài muỗi , để chúng có thể sinh ra hàng nghìn con muỗi mang
mầm bệnh nguy hiểm cho loài người.
Có thể kể đến virut West Nile là loại nguy hiểm nhất có thể gây ra
chết người được truyền nhiễm từ loài muỗi mang mầm bệnh này. Người ta
thống kê năm 1999 lần đầu tiên phát hiện loại virut này thì đến năm 2002 nó
SVTH: TRẦN MINH TÂN – HÓA DẦU 2- K52 Page 4
ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP GVHD : GS.TS NGUYỄN HỮU TRỊNH
đã lan rộng ra 44 bang của nước Mỹ và đã có hơn 4000 ca nhiễm bệnh, trong
đó có 263 người tử vong.
Qua đó chúng ta có thể nhận thấy chúng ta không thể để tồn tại nhứng
bãi rác khổng lồ , vì chúng là nguồn lây lan bệnh tật có thể cướp đi mạng
sống của nhiều người.
Đối với môi trường.
Bên cạnh vấn đề bệnh truyền nhiễm thì tình trạng ô nhiễm môi trường

cũng là một một vấn đề nhức nhối mà polymer phế liệu mang lại cho chúng
ta. Trước khi biết tái sử dụng polymer , thì để xử lý polymer phế liệu , người
ta chỉ có 2 cách là chôn lấp thật sâu vào trong lòng đất hoặc đốt thành những
cột khói cao ngút trời.
Chôn lấp , một giải pháp vô cùng đơn giản , nhưng để phân hủy
polymer trong lòng đất thì cần đến cả nghìn năm. Đó là chưa kể đến việc
chôn lấp có đúng tiêu chuẩn quy định không , nếu không thì sẽ gây ô nhiễm
bẩn đến nguồn nước, tác động đến nguồn nước ngầm, ô nhiễm đất .
Đốt rác, một giải pháp đã từng được xử dụng ở nhiều nơi trên thế
giới , nhưng khi đốt polymer cháy thành những cột khối mang đầy khí độc
tỏa lên bầu trời cùng với những dòng chất lỏng làm ô nhiễm môi trường.
Việc đốt rác thải polymer không chỉ làm ô nhiễm không khí, nguồn nước,
ảnh hưởng dân sinh và còn làm cho trái đất nóng lên,đó là điều hết sức nguy
hiểm.
III. Vấn đề polymer phế liệu tại Việt Nam.
Tại Việt Nam, theo một khảo sát của cơ quan môi trường, việc sử
dụng vô tội vạ túi nilon và chai lọ nhựa dường như thành thói quen khó bỏ
của người Việt Nam. Trung bình một người Việt Nam /năm sử dụng ít nhất
30kg các sản phẩm có nguồn gốc từ nhựa. Từ 2005 đến nay, con số lên tới
SVTH: TRẦN MINH TÂN – HÓA DẦU 2- K52 Page 5
ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP GVHD : GS.TS NGUYỄN HỮU TRỊNH
35 kg/người/năm. Năm 2000, trung bình một ngày, Việt Nam xả khoảng 800
tấn rác nhựa ra môi trường. Đến nay, con số đó là 2.500 tấn/ngày và có thể
còn hơn. Theo ngành môi trường, nhu cầu về vốn đầu tư bảo vệ môi trường
của Việt Nam là 85.000 tỷ đồng. Trong số tiền trên, có đến vài trăm tỷ được
sử dụng để khắc phục những thiệt hại do đồ nhựa, túi nilon thải ra môi
trường.
Nhận thấy hậu họa, nguồn ô nhiễm từ túi nilon, hầu hết các quốc gia
văn minh trên thế giới đã chuyển từ sử dụng túi nilon sang dùng các loại túi
đựng thân thiện hơn với môi trường như túi vải, giấy Các nước phát triển

đã sử dụng túi ni lông tự phân huỷ ngay từ những thập niên 30-40 của thế kỷ
XX. Tại Mỹ, tháng 3/2007, thành phố San Francisco đã thông qua dự luật
cấm sử dụng túi nilon trong việc gói, bọc hàng trong các siêu thị lớn. Ngay
một số quốc gia ở Châu Phi như Uganda, Kenya, Tanzania cũng đang có
những động thái cấm nhập khẩu, sản xuất, tăng thuế đối với mặt hàng túi
nhựa nhằm hạn chế tối đa những ảnh hưởng tiêu cực đối với môi trường.
Ở nước ta, việc nghiên cứu và sản xuất túi nilon tự phân huỷ gần đây
mới bắt đầu. Đi tiên phong trong lĩnh vực này là Công ty sản xuất kinh
doanh Người tàn tật Hà Nội. Sản phẩm của chủ yếu mới dừng lại ở những
đơn đặt hàng của các bệnh viện lớn để đựng rác thải y tế, vì loại túi nilon
này khi đốt cùng với rác thải sẽ không sinh ra khí CO2, CH4 và chất dioxin
độc hại. Nhưng túi nilon tự phân huỷ có những hạn chế nhất định như giá
cao (gấp 3-4 lần túi nilon bình thường), túi không để lâu được Hiện nay,
Trung tâm Nghiên cứu vật liệu Polime Đại học Bách khoa Hà Nội đang theo
đuổi công trình "sáng chế túi nilon tự huỷ" và ứng dụng rộng rãi vào cuộc
sống. Hai chất PE và PP vẫn là cái nền chính, các chất lấy từ gai, ngô, khoai,
SVTH: TRẦN MINH TÂN – HÓA DẦU 2- K52 Page 6
ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP GVHD : GS.TS NGUYỄN HỮU TRỊNH
chất tương hợp sẽ được pha thêm để khi ở một điều kiện độ ẩm nhất định, nó
sẽ tự phân huỷ.
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ POLYMER
I.Giới thiệu chung.
Polymer là hợp chất mà phân tử của nó gồm nhiều nhóm liên kết với
nhau thành mạch dài nhờ các mối liên kết hóa học.Tùy thuộc và thành phần
mà có thể chia thành các loại polymer hữu cơ, vô cơ và cơ kim.
Loại Polymer đơn giản nhất là polyetylen – sản phẩm trùng hợp của
etylen và phương trình của phản ứng có dạng:
nCH
2
=CH

2
(- CH
2
-CH
2
-)n
Nguyên liệu ban đầu etylen gọi là monome. Những nhóm nguyên tử được
lặp đi lặp lại nhiều lần được gọi là mắt xích. Một phân tử lớn cấu tạo từ
nhiều mắt xích gọi là đại phân tử hay là mạch polymer.
Số mắt xích trong mạch polymer gọi là độ trùng hợp và được ký hiệu
bằng chữ n được p. Trọng lượng phân tử của polymer sẽ là tích số của độ
trùng hợp và trọng lượng phân tử của một mắt xích.
M
p
=n.M
m
Giá trị của độ trùng hợp thường dao động trong khoảng một vài đơn
vị cho đến khoảng 5000 – 10000 hoặc lớn hơn nữa. Nhưng chúng ta cần chú
ý rằng, không phải bất kỳ một hợp chất cao phân tử nào cũng có cấu tạo
polymer , thực tế có thể tồn tại những hợp chất có trọng lượng phân tử lớn
nhưng trong phân tử của nó không có sự lặp các nhóm nguyên tử giống
nhau.
SVTH: TRẦN MINH TÂN – HÓA DẦU 2- K52 Page 7
ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP GVHD : GS.TS NGUYỄN HỮU TRỊNH
Nếu như polymer mà mạch phân tử của nó có cấu tạo từ một loại
monomer – gọi là polymer đồng thể, nếu như từ nhiều loại polymer thì gọi là
các polymer đồng trùng hợp.
Các gốc momome có thể liên kết với nhau trong đại phân tử với việc
tạo thành các polymer mạch thẳng có dạng:
Polymer mạch nhánh có dạng:

Hoặc polymer có cấu tạo mạch không gian.
SVTH: TRẦN MINH TÂN – HÓA DẦU 2- K52 Page 8
ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP GVHD : GS.TS NGUYỄN HỮU TRỊNH
Các polymer đồng trùng hợp cũng có thể có dạng mạch thẳng , mạch
nhánh hoặc không gian.
Ngoài ra , tùy thuộc vào cấu tạo của mạch chính có thể phân loại
thành polymer mạch đổng thể hoặc dị thể. Polymer mạch đồng thể là những
loại polymer mà mạch chính của nó cấu tạo từ một loại nguyên tử . Chẳng
hạn polymer mạch cacbon:
Polymer mạch dị thể là những loại polymer mà mạch chính của nó cấu tạo từ
những loại nguyên tử khác nhau.
Ví dụ : poly-farmandehit …-CH
2
O-….
Ngoài những trường hợp trên ra, tùy thuộc vào thứ tự sắp xếp của các
mắt xích trong mạch mà ta có các loại polymer mạch điều hòa hay không
điều hòa. Tinh bất điều hòa của mạch polymer có thể do nhiều nguyên nhân
gây ra.
SVTH: TRẦN MINH TÂN – HÓA DẦU 2- K52 Page 9
ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP GVHD : GS.TS NGUYỄN HỮU TRỊNH
Hợp chất cao phân tử hay polymer là những hợp chất có khối lượng
phân tử lớn gây ra những đặc tính riêng của loại hợp chất này.Danh từ hợp
chất cao phân tử thường dùng cho những chất có khối lượng lớn nhưng có
cấu trúc lặp đi lặp lại của những đơn vị cấu trúc ban đầu gọi là monomer .
Hợp chất cao phân tử tan rất chậm trong dung môi, đi qua một trạng
thái trương. Một số polymer hoàn toàn không tan trong bất kỳ một dung môi
nào. Dung dịch loãng polymer , ngay khi rất loãng, có độ nhớt cao hơn dung
dịch của hợp chất thấp phân tử . Nếu cho dung dịch polymer chảy qua một
lỗ nhỏ sẽ thu được sợi mà hợp chất thấp phân tử không bao giờ có.
Thực tế , hợp chất cao phân tử chỉ có hai trạng thái tổ hợp : rắn , lỏng.

Khi có tác dụng của lực, hợp chất cao phân tử chịu sự biến dạng từ từ, không
xảy ra ngay lập tức như ở hợp chất thấp phân tử. Một số polymer lại có sự
biến dạng đàn hồi cao vượt quá nhiều lần sự biến dạng của hợp chất thấp
phân tử.
Về mặt phản ứng hóa học , polymer và monomer có cùng thành phần
có thể tham gia những phản ứng : thế, cộng , tách song phản ứng xảy ra ở
polymer chậm hơn và không xảy ra đến cùng, đồng thời có nhiều phản ứng
phụ làm thay đổi bản chất nhóm chức ngăn cản quá trình cơ bản.
II. Tính chất của polymer.
 Tính tan.
Nói chung, phân tử polymer khó tan vào dung môi hơn chất thấp phân
tử cùng thành phần và tính tan xảy ra chậm, đi qua một giai đoạn trung gian
gọi là trương.
Sự trương là quá trình thâm nhập các phân tử dung môi và polymer ,
làm tăng thể tích của polymer và giảm tương tác giữa các phân tử polymer .
Polymer trương như là hệ đông keo, là dung dịch của chất lỏng trong
SVTH: TRẦN MINH TÂN – HÓA DẦU 2- K52 Page 10
ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP GVHD : GS.TS NGUYỄN HỮU TRỊNH
polymer . Mức độ trương được đánh giá bằng lượng chất lỏng bị hấp thụ bởi
một đơn vị khối lượng hay thể tích polymer .
Khi sự thâm nhập dung môi đã lớn tương tác giữa các mạch phân tử
không còn nữa thì bắt đầu quá trình tan , các phân tử bắt đầu khuếch tán vào
dung môi tạo nên dung dịch polymer .
Sự lựa chon dung môi cũng áp dụng các quy luật của chất thấp phân
tử. Polymer dễ tan trong dung môi có cùng nhóm chức hóa học , polymer
phân cực dễ tan vào dung môi phân cực.
 Độ nhớt của polymer.
Dung dịch polymer là dung dịch thật , trong đó các phân tử polymer
được khuếch tán đến phân tử , có những đặc trưng của dung dịch thật thấp
phân tử.

Dung dịch có nồng độ nhỏ hơn 1g/100ml dung môi gọi là dung dịch
loãng , còn lớn hơn là dung dịch đặc.Dung dịch polymer dùng loãng cũng có
độ nhớt khá cao. Nếu ở cùng nồng độ, polymer có khối lượng phân tử càng
lớn thì độ nhớt càng lớn, do đó , độ nhớt có thể đặc trưng cho khối lượng
phân tử.
 Khối lượng phân tử của polymer .
Trọng lượng phân tử của polymer sẽ là tích số của độ trùng hợp và
trọng lượng phân tử của một mắt xích.
M
p
= n.M
m
Giá trị của độ trùng hợp thường dao động trong khoảng một vài đơn
vị cho đến khoảng 5000 -10000 hoặc lớn hơn nữa.
SVTH: TRẦN MINH TÂN – HÓA DẦU 2- K52 Page 11
ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP GVHD : GS.TS NGUYỄN HỮU TRỊNH
Polymer tạo thành là một hỗn hợp đồng đẳng phân tử do đó khối lượng phân
tử polymer xác định được chỉ là khối lượng trung bình.
 Độ đa phân tử lượng.
Độ đa phân tử lương hay độ đa phân tán về khối lượng phân tử là mức
độ khác nhau về khối lượng phân tử của polymer . Polymer thu được không
chỉ là một hỗn hợp đồng đẳng về phân tử lượng mà còn bao gồm cả những
phân tử khác nhau về cấu trúc như polymer mạch thẳng không phân nhánh ,
polymer mạch nhánh , polymer vòng hóa Quá trình phân tích ra polymer
thành những đoạn polymer mà sự khác nhau về khối lượng phân tử trong
vùng hẹp hơn.
Để phân đoạn polymer , ngoài phương pháp sắc ký, nhất là sắc ký gel,
người ta thường dùng phương pháp kết tủa bằng dung môi.
 Tính chất cơ học của polymer.
Tính chất cơ học của polymer phụ thuộc vào trọng lượng phân tử và

vào độ kết tinh của nó. Những màng mỏng polymer ( nhất là loại tỷ trọng
thấp) thì mềm dẻo và đàn hồi , nhưng những tấm dày thì cứng.
Tính chất cơ học của polymer phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ, nhất là độ bền
đứt. Tính chất cơ học của polymer tăng lên rất nhiều nếu cho thêm vào các
chất độn sợi( sơi tổng hợp, sợi thủy tinh, sơi amiang)
Độ bền cơ học đặc trưng bằng giá trị ứng suất gây ra sự phá hủy
polymer , biểu thị bằng kg/cm
3
hay kg/mm
3
. Độ bền cơ học không chỉ phụ
thuộc vào lực tác dụng mà còn phụ thuộc vào thời gian tác dụng của lực.
Thời gian bắt đầu đặt lực cho tới khi phá hủy vật liệu gọi là tuổi thọ của vật
liệu. Tuổi thọ của polymer là quá trình không thuận nghịch , nghĩa là không
phụ thuộc và cách đặt lực lên mẫu. Khi có tác dụng của lực, mẫu sẽ có
SVTH: TRẦN MINH TÂN – HÓA DẦU 2- K52 Page 12
ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP GVHD : GS.TS NGUYỄN HỮU TRỊNH
những vết nứt nẻ vi mô. Các vết này sẽ tăng thể tích cũng như tăng thêm
những vết nứt nẻ mới theo thời gian.
Tính bền cơ học của polymer chủ yếu phụ thuộc vào tính bền của các
liên kết hóa học và tương tác giữa các phân tử , đồng thời cũng phụ thuộc
vào khối lượng phân tử những chỉ trong một thời gian nhất định.
 Sự lão hóa của polymer.
Sự lão hóa của polymer là quá trình phân hủy tự xảy ra của polymer ,
làm thay đổi tính chất của polymer trong quá trình bảo quản hay sử dụng vật
liệu.
Sự lão hóa xảy ra theo cơ chế gốc tự do, kích thích sự phân hủy tiếp polymer
,làm thay đổi khối lượng phân tử , cấu trúc phân tử , thay đổi tính chất của
polymer .
Để chống sự lão hóa của polymer , người ta thêm vào polymer các chất

hóa học có khả năng tương tác với gốc tự do hình thành khi lão hóa , nghĩa
là làm tắt mạch của các gốc tự do này hoặc thêm các chất có khả năng
khuếch tán nhiệt ra khỏi vùng phản ứng, thêm các amin thơm , phenol , để
tránh sự oxi hóa , thêm các chất màu azo để bảo vệ ánh sang , dùng các hợp
chất có electron liên hợp để khuếch tán nhiệt nhanh do ánh sáng gây ra.
 Phản ứng chuyến hóa học của polymer.
Các nhóm chức trong polymer cũng có những phản ứng tương tự như
nhóm chức ở chất thấp phân tử. Như phản ứng thế , cộng , tách , halogen
hóa, sunfo hóa, song phản ứng xảy ra chậm hơn nhiều và không đến cùng .
Điều đó do phân tử polymer có khối lượng phân tử lớn và có nhiều cấu dạng
khác nhau nên có nhiều nhóm chức bị chắn về không gian . Các polymer
hydrocacbon có thể clo hóa hay sunfo clo hóa .
SVTH: TRẦN MINH TÂN – HÓA DẦU 2- K52 Page 13
ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP GVHD : GS.TS NGUYỄN HỮU TRỊNH
Các phản ứng làm thay đổi mạch cacbon , chủ yếu là các phản ứng
vòng hóa hay tạo thành những liên kết cầu hay liên kết ngang giữa các mạch
phân tử polymer như tạo liên kết ete, sunfua Những phản ứng này làm thay
đổi nhiều tính chất vật lý cũng như hóa học của polymer , tạo nên những
polymer có những tính chất riêng cho nền công nghiệp chất dẻo.
 Khả năng hấp thụ màu.
Polymer có thể nhuộm với các loại thuốc nhuộm bột màu trong các
thiết bị trộn kiểu trục vít, máy đúc ở nhiệt độ thường hay nhiệt độ cao trên
các trục cán. Lượng chất màu , bột màu hữu cơ có thể dùng từ 0,005 -0,2%
so với polymer . Các bột màu vô cơ như oxit titan , oxit crom , các chất màu
cadmi lấy từ 0,2- 1%
 Khả năng trộn hợp các loại polymer với nhau.
Nói chung các loại polymer khó trộn hợp với nhau. Hỗn hợp các
polymer có độ ổn định tốt nếu cho vào các chất như : paraffin trọng lượng
phân tử cao, cao su có thể làm tăng tính bền cơ học , độ cứng , giảm độ
thấm khí đối với các loại hơi nước , rượu , nhưng đồng thời cũng làm giảm

độ dãn dài.
Trong công nghiệp tùy theo mục đích sử dụng của sản phẩm mà người
ta thay đổi tỷ lệ lượng chất độn cho vào polymer .
 Độ thấm khí , thấm hơi và độ bền nước.
Độ thấm khí và thấm hơi được xác định bởi hai nguyên nhân : hòa tan
và khuếch tán . Hơi và khí lúc đầu phải hòa tan trong polymer , sau đó
khuếch tán theo hướng khác có nồng độ thấp hơn và bay hơi.
Polymer không cực , với hơi của các chất có cực nó có độ thấm khí rất bé,
nhưng đối với chất lỏng không có cực có độ thấm khí khá lớn.
Các loại polymer có độ bền nước rất cao.
SVTH: TRẦN MINH TÂN – HÓA DẦU 2- K52 Page 14
ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP GVHD : GS.TS NGUYỄN HỮU TRỊNH
Dựa vào tính chất này của polymer để có thể sử dụng polymer vào mục đích
gì trong cuộc sống và trong sản xuất bảo quản các loại hợp chất hữu cơ và
chất thơm.
III. Một số polymer điển hình.
 Polyethylene (PE)
Công thức cấu tạo.
(- CH
2
- CH
2
-)
n
Phân loại
STT Tên Tỷ trọng Chỉ số chảy
(g/10 phút)
1 HDPE(high density
polyethylene)
0.95-0.97 (Độ kết tinh lớn ,

có cấu tạo mạch thẳng)
0.1-20
2 LDPE(low density
polyethylene)
0.91-0.93 (Độ kết tinh thấp) 0.1-60
3 LLDPE(linear low
density polyethylene)
Có khối lượng riêng thấp,
mạch thẳng , có T
nc
thấp
0.9-50
Các thông số cơ bản.
Thông số HDPE LDPE
Tỷ trọng 0.95 – 0.96 0.92 – 0.93
SVTH: TRẦN MINH TÂN – HÓA DẦU 2- K52 Page 15
ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP GVHD : GS.TS NGUYỄN HỮU TRỊNH
Độ hút nước trong 24h < 0.01% < 0.02%
Độ kết tinh (%) 85 – 95 60 – 70
Điểm hóa mềm (
o
C) 120 90
Nhiệt độ chảy(
o
C) 133 112
Chỉ số chảy g/10 phút 0.1 – 20 0.1 – 60
Độ cứng shore 60 – 65 30 – 35
Độ dãn dài(%) 200 – 400 400 – 600
Lực kéo đứt ( kg/cm
2

) 220 – 300 114 – 150
Tính chất
- Mỡ và màu trắng , tỉ trọng nhở hơn 1.
- Là polymer kết tinh, mức độ kết tinh phụ thuộc và mật độ mạch nhánh
, mạch nhánh nhiều thì độ kết tinh thấp.
- Độ hòa tan : + Ở nhiệt độ thường, PE không tan trong bất cứ dung
môi nào, nhưng để tiếp xúc lâu với khí hidrocacbon thơm đã bị clo
hóa thì bị trương.
+ Ở nhiệt độ trên 70
o
C ,PE tan yếu trong toluene, xilen,
amin axetat, dầu thong, paraffin
+ Ở nhiệt độ cao, PE cung không tan trong nước , rượu
béo, acid axetic, acetone, ete etylic, glyxerin ,dầu lanh và
một số dầu thảo mộc khác…
- Khi đốt với ngọn lửa có thể cháy và có mùi paraffin
- Cách điện tốt.
- Độ kháng nước cao, không hút ẩm.
- PE không phân cực nên có độ chống thấm cao đối với hơi của những
chất lỏng phân cực.
SVTH: TRẦN MINH TÂN – HÓA DẦU 2- K52 Page 16
ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP GVHD : GS.TS NGUYỄN HỮU TRỊNH
- Kháng hóa chất tốt.
- Kháng thời tiết kém , bị lão hóa dưới tác dụng của oxi không khí, tia
cực tím , nhiệt. Trong quá trình lão hóa độ dãn dài tương đối và độ
chịu lạnh của polymer giảm, xuất hiện tính giòn và nứt.
- Độ bám dính kém.
Ứng dụng
- Giấy cách điện , dây cáp và chi tiết điện , màng và tấm
- Sản phẩm kháng dung môi và dầu nhơt: Thùng chứa dung môi, chai lọ

, bao bì…
- Sản phẩm công nghiệp: két nước ngọt , két bia ( cần chất chống UV) ,
nắp chai nước tương, nắp chai tương ớt ( không cần chất chống UV)
Trong thực tế các sản phẩm bằng HDPE có ký hiệu trên sản phẩm là số 2 ,
còn các sản phẩm bằng LDPE mang ký hiệu số 4.
SVTH: TRẦN MINH TÂN – HÓA DẦU 2- K52 Page 17
ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP GVHD : GS.TS NGUYỄN HỮU TRỊNH
Hình 2 : Nhựa PE.
 Polypropylene (PP).
Công thức cấu tạo.
n
CH
3
CH
2
- CH
Các thông số cơ bản.
Thông số PP
Tỷ trọng 0,9 - 0,92
Độ hút nước trong 24h <0,01%
Độ kết tinh (%) 70%
Nhiệt độ nóng chảy(
o
C) 160
o
C – 170
o
C
Chỉ số chảy g/10 phút 2 – 60 g/phút
Độ cứng shore 90-95

Độ dãn dài(%) 300 – 800%
Lực kéo đứt ( kg/cm
2
) 250 – 400 kg/cm
2
SVTH: TRẦN MINH TÂN – HÓA DẦU 2- K52 Page 18
ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP GVHD : GS.TS NGUYỄN HỮU TRỊNH
Tính chất
- không màu, bán trong suốt
- độ bền kéo, độ cứng cao hơn PE
- Cách điện tần số cao tốt
- Chịu va đập kém
- Kháng nhiệt tốt hơn PE, đặc biệt tính chất cơ học tốt ở nhiệt độ cao.
- Dòn ở nhiệt độ thấp
- Kém bền UV
- Dễ cháy
- Bám dính kém.
Ứng dụng
- Sản phẩm cần độ cứng: nắp chai nước ngọt, than và nắp bút mực, hộp
nữ trang ,hộp đựng thịt
- Sản phẩm kháng hóa chất : chai lọ thuốc y tế, màng mỏng bao bì, ống
dẫn, nắp thùng chứa dung môi
- Dùng cách điện tần số cao : tấm , vật kẹp cách điện
Các sản phẩm của PP được mang ký hiệu số 5.
SVTH: TRẦN MINH TÂN – HÓA DẦU 2- K52 Page 19
ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP GVHD : GS.TS NGUYỄN HỮU TRỊNH
Hình 3: Nhựa PP.
 Polystyren (PS)
Công thức cấu tạo:
SVTH: TRẦN MINH TÂN – HÓA DẦU 2- K52 Page 20

ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP GVHD : GS.TS NGUYỄN HỮU TRỊNH
Các thông số cơ bản.
Thông số Nhựa PS
Tỷ trọng 1.05- 1.1
Chỉ số chảy 1- 8 g/10 phút
Độ bền kéo đứt 400-450 kg/cm
2
Độ dãn dài thấp 1-2%
Độ cứng Brinel 14-16 kg/mm
2

Tính chất:
- Vô định hình
- Không phân cực, độ kết tinh thấp, độ trong suốt cao, dễ nhuộm
- Độ bền cơ học thấp, độ dãn dài thấp, độ trong suốt cao, dễ nhuộm
màu.
- Nhiệt độ biến dạng nhiệt thấp.
- Cách điện tần số cao tốt.
- Hòa tan trong benzene , acetone, MEK.’
- Chịu hóa chất ( kiềm, axit sunfuric, axit clohydric, các axit hữu cơ) và
nước cao.
Ứng dụng.
- Sản phẩm nhựa tái sinh: ly ,hộp
SVTH: TRẦN MINH TÂN – HÓA DẦU 2- K52 Page 21
ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP GVHD : GS.TS NGUYỄN HỮU TRỊNH
- Cách điện tần số cao: vỏ hộp , thùng điện, ống , vật liệu cách điện
- Sơn : nhựa alkyd biến tính styrene, sơn epoxy biến tính styrene.
Các sản phẩm được chế tạo bởi PS mang ký hiệu số 6.
Hình 4: Nhựa PS.
CHƯƠNG 3: LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH NHIỆT PHÂN

I. Đặc điểm nhiệt động và động học các phản ứng chính xảy ra dưới tác
dụng nhiệt.
Quá trình nhiệt phân là quá trình phá mạch dưới tác dụng của nhiệt độ
cao và điều kiện áp suất thấp ( xấp xỉ áp suất khí quyến)
SVTH: TRẦN MINH TÂN – HÓA DẦU 2- K52 Page 22
ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP GVHD : GS.TS NGUYỄN HỮU TRỊNH
Các hydrocacbon nằm trong dung dầu mỏ và phân đoạn dầu mỏ dưới tác
dụng của nhiệt các phản ứng xảy ra rất phức tạp , có nhiều kiểu phản ứng
khác nhau và theo nhiều hướng khác nhau, các phản ứng xảy ra với xác suất
nhiệt động khác nhau và tốc độ khác nhau .
Yếu tố nhiệt độ là yếu tố chủ yếu ảnh hưởng lên chiều phản ứng , tốc
độ phản ứng và độ sâu chuyển hóa . Nghiên cứu nhiệt động học có thể xác
định được mức độ chuyển hóa ,hóa học của nguyên liệu đầu đến khi đạt cân
bằng ( tức là xác định được hiệu suất sản phẩm của phản ứng)
 Đặc điểm nhiệt động học.
Xác suất nhiệt động của 1 phản úng (∆Z) đặc trưng bằng độ lớn biến
đổi năng lượng tự do của hệ phản ứng xảy ra .
∆Z=Z
cuối
– Z
đầu
(1)
Để xác định được phản ứng nào có khả năng xảy ra trong điều kiện
dưới tác dụng đơn thuần của nhiệt , cần xác định dầu và độ lớn ∆Z. Vì năng
lượng tư do tuyệt đối Z của mỗi chất không tính được. Nên để xác định ∆Z
của phản ứng phải thông qua việc tính toán dựa vào giá trị năng lượng tư do
tạo thành các chất ban đầu và chất sau phản ứng ở điều kiện tiêu chuẩn
( 298,16
o
K , 1 at)

Đối với khoảng nhiệt độ thông thường trong công nghệ hóa học, độ
biến thiên năng lượng tư do phụ thuộc theo nhiệt độ với quan hệ gân như
tuyến tính :
∆Z= A+ ∆T (2)
Trên cơ sở này, có thể xác định được T mà ∆Z=0 , như vậy có thể dễ dàng
xác định được ở miền nhiệt độ nào , phản ứng có thể xảy ra .
Rõ rang ở miền nhiệt độ mà ∆Z<0 , phản ứng sẽ dễ có khả năng xảy ra và
ngược lại phản ứng khó xảy ra ở miền ∆Z>0 . Mặt khác
SVTH: TRẦN MINH TÂN – HÓA DẦU 2- K52 Page 23
ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP GVHD : GS.TS NGUYỄN HỮU TRỊNH
∆Z= - RT ln K
P
(3)
∆Z= ∆H – T ∆S (4)
Khi xác định được ∆Z tính được K
P
, từ đó xác định được nồng độ các chất
tham gia phản ứng và tạo thành khi cân bằng , dẫn đến xác định được hiệu
suất chuyển hóa.
Từ (4) tính được ∆H , xác định được hiệu suất của phản ứng.
Kết luận:
+ Phản ứng phân hủy dưới tác dụng của nhiệt đối với các hydrocacbon nói
chung là loại phản ứng xảy ra với độ chuyển hóa cao. Trong điều kiện áp
suất cao cũng như áp suất thấp, cân bằng phản ứng chuyển hoàn toàn về phía
hydrocacbon có trọng lượng thấp, thậm chí có thể tạo thành hydro. Đối với
paraffin và olefin có trọng lượng phân tử thấp C
2
, C
3
, C

4
phản ứng phân hủy
xảy ra trong điều kiện nhiệt độ cao hơn.
+ Các hydrocacbon olefin có trọng lượng phân tử thấp có thể tham gia các
phản ứng trùng hợp ở điều kiện áp suất cao khoảng trên 15 at và nhiệt độ
nhỏ hơn 500
o
C . Về phương diện nhiệt động , phản ứng trùng hợp không xảy
ra ở áp suất thấp ( xấp xỉ áp suất khí quyển ) và nhiệt độ lớn hơn 500
o
C ( nếu
có thì độ chuyển hóa không đáng kể).
+ Các hydrocacbon naphten có thể bị khử hydro tạo thành hydrocacbon
thơm nhưng phản ứng hydro hóa hydrocacbon thơm về phương diện nhiệt
động học không thể xảy ra trong điều kiện áp suất cao.
Đối với các phản ứng phân hủy ( thu nhiệt ) dưới tác dụng của nhiệt
khi ta tăng nhiệt độ lên đến quá giới hạn ( ∆Z=0) thì cân bằng chuyển dịch
từ trái sang phải, có nghĩa là về phía tạo sản phẩm cuối , có nghĩa là nhiệt độ
tăng phản ứng phân hủy càng dễ xảy ra.
SVTH: TRẦN MINH TÂN – HÓA DẦU 2- K52 Page 24





ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP GVHD : GS.TS NGUYỄN HỮU TRỊNH
Hình 5: Đồ thị quan hệ ∆Z- T.
Ngược lại , đối với phản ứng tỏa nhiệt ( hydro hóa, alkyl hóa, polymer
hóa ) khi giảm nhiệt độ thấp hơn giới hạn ∆Z=0 , giá trị tuyệt đối của xác
suất nhiệt động học tăng lên và khi đó phản ứng trên có thể xảy ra.

SVTH: TRẦN MINH TÂN – HÓA DẦU 2- K52 Page 25