Nghiên cứu xử lý dung dịch rửa linh kiện điện tử nhằm thu hồi IZO PROPANOL sử dụng trong công nghiệp

LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của bản than. Các số liệu, kết
quả trong luận văn đều có thật, thu được trong q trình nghiên cứu và chưa từng được
cơng bố trong bất kì một tài liệu khoa học nào.
Học Viên


LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian thực hiện luận văn này, em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ hỗ
trợ của thầy cơ, bạn bè và gia đình. Luận văn này được thực hiện và hồn thành tại Bộ
Mơn Q Trình và Thiết bị Cơng nghệ Hóa Học và Thực phẩm, trường Đại học Bách
khoa Hà Nội.
Trước hết em xin bày tỏ lòng biết hơn chân thành đến TS. Nguyễn Văn Xá,
người đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo, khuyến khích, giúp đỡ tạo mọi điều kiện thuận
lợi giúp em hoàn thành đồ án này.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cơ trong bộ mơn Q trình và Thiết bị
Cơng nghệ hóa học và thực phẩm cùng tồn thể bạn bè đã giúp đỡ, ủng hộ em trong
suốt thời gian làm luận văn.

Hà Nội, ngày tháng

năm 2016

Học viên
Phạm Anh Tuấn


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

Chữ viết tắt

Giải thích

DIPE

disopropyl ether

IPA

isopropanol

STT

số thứ tự

VERNI

nhựa phân tán trong dung môi


MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN
LỜI CẢM ƠN
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................................1
PHẦN 1: TỔNG QUAN........................................................................................................2
1.1 Giới thiệu về isopropanol.........................................................................................2
1.1.1Đặc tính của isopropanol .........................................................................................2

1.1.2 Ứng dụng của isopropanol .....................................................................................4
1.1.2.1Dung mơi ..........................................................................................................4
1.1.2.2Chất trung gian ................................................................................................5
1.1.2.3Hóa học .............................................................................................................6
1.1.2.4Y học .................................................................................................................6
1.1.2.5Dùng trong xe hơi ............................................................................................6
1.2 Tình hình sản xuất isopropanol hiện nay ...............................................................6
1.2.1 Tình hình sản xuất trên thế giới .............................................................................6
1.2.2 Tình hình sản xuất ở nước ta hiện nay..................................................................7
1.2.3 Các phương pháp sản xuất IPA .............................................................................7
1.3Nguồn phát sinh IPA thải trong rửa linh kiện điện tử .........................................8
1.4Một số phƣơng pháp tách nƣớc khỏi dung dịch isopropanol .......................... 10
1.4.1Quá trình chưng luyện .......................................................................................... 11
1.4.2 Sử dụng công nghệ màng .................................................................................... 12
1.4.3 Quá trình hấp phụ ................................................................................................. 13
1.4.3.1 Thuyết hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir [2-245]......................................... 14
1.4.3.2 Thuyết hấp phụ BET (Brunauer-Emmett- Teller)................................... 14
1.4.3.3 Động học của quá trình hấp phụ [3-252].................................................. 15
1.4.3.4 Hấp phụ bằng rây phân tử .......................................................................... 16
1.4.3.5Silicagel ......................................................................................................... 17


1.4.3.6 Dùng CuSO4 ,CaCl2 khan hấp phụ nước ................................................... 18
1.5Hiện trạng xử lý dung dịch IPA thải ..................................................................... 18
PHẦN 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU................................ 20
2.1 Đối tƣợng nghiên cứu ............................................................................................... 20
2.2 Quy trình hấp phụ .................................................................................................... 20
2.3Giới thiệu về qui trình hồn ngun chất hấp phụ............................................. 21
2.4Các phƣơng pháp phân tích .................................................................................... 22
2.4.1 Phương pháp xác định tỷ trọng dung dịch IPA ................................................ 22

2.4.2 Phương pháp phân tích đánh giá ở đây sử dụng “phương pháp phân tích khối
lượng”. ............................................................................................................................. 23
2.5 Các hóa chất đƣợc sử dụng ..................................................................................... 23
2.6 Xây dựng qui trình cơng nghệ tách nƣớc từ dung dịch IPA bằng phƣơng
pháp mô phỏng................................................................................................................. 26
PHẦN 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU .............................................................................. 29
3.1 Thành phần dung dịch IPA thải ............................................................................ 29
3.2 Nghiên cứu lựa chọn công nghệ tách nƣớc trong dung dịch IPA thải .......... 30
3.2.1Mô phỏng phương pháp chưng luyện tách nước khỏi dung dịch IPA thải .........
................................................................................................................................ 30
3.2.1.1 Nhập dữ liệu cân bằng pha hệ 4 cấu tử..................................................... 30
3.2.1.3 Thiết lập tháp thu hồi dung môi ................................................................ 31
3.2.1.4 Tiêu tốn năng lượng......................................................................................... 32
3.2.2Nghiên cứu quá trình hấp phụ tách nước ra khỏi dung dịch IPA thải.................... 33
3.3 Nghiên cứu chế độ công nghệ hấp phụ nƣớc trong dung dịch IPA thải sử
dụng CuSO4 ...................................................................................................................... 35
3.3.1 Xác định thời gian hấp phụ ................................................................................. 35
3.3.2Nghiên cứu lựa chọn tỷ lệ CuSO4 /IPA ............................................................... 37
3.3.3 Thu hồi lượng IPA trong CuSO4 sau hấp phụ .................................................. 41
3.4. Nghiên cứu cơng nghệ hồn ngun và tái sinh CuSO4 .................................. 43
3.4.1 Hoàn nguyên CuSO4 sau khi đã hấp phụ 1 lần ................................................. 43
3.4.2Hấp phụ bằng đồng sulfate sau khi hoàn nguyên .............................................. 47
3.4.3Hoàn nguyên đồng sulfate sau khi hấp phụ 2 lần .............................................. 48


3.5 Qui trình hấp phụ hồn chỉnh và tính kinh tế.................................................... 49
3.5.1 Đề xuất qui trình cơng nghệ cho q trình hấp phụ nước bằng CuSO4......... 49
3.5.2 Tính kinh tế : ......................................................................................................... 50
3.5.3 Kết quả phân tích mẫu sản phẩm cuối cùng ..................................................... 51
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ........................................................................................... 53

TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 55
PHẦN PHỤ LỤC................................................................................................................. 56


DANH MỤC BẢNG

–
...............................................................................................3
Bảng 2.1 – Độ tan của CuSO4 trong nước ......................................................................... 25
Bảng 2.2 – Tỷ trọng củadung dịch CuSO4 ứng với những độ tan trong nước khác nhau
................................................................................................................................................. 25
Bảng 3.1. Kết quả phân tích dung mơi đầu ........................................................................ 29
Bảng 3.2. Kết quả thu được sau quá trình làm khan CuSO4 ............................................ 33
Bảng 3.3. Khảo sát thời gian hấp phụ nước của CuSO4 với dung dịch IPA.................. 36
Bảng 3.4. Số liệu các mẫu thí nghiệm hấp phụ ................................................................ 38
Bảng 3.5. Kết quả các mẫu sau hấp phụ ............................................................................. 38
Bảng 3.6. Số liệu thí nghiệm hấp phụ 2 lần ...................................................................... 40
Bảng 3.7. Bảng kết quả sấy CuSO4 sau hấp phụ ............................................................... 43
Bảng 3.8. Kết quả mẫu đồng sulfate hấp phụ để hoàn nguyên ...................................... 44
Bảng 3.9. Số liệu sấy hoàn nguyên đồng sulfate.............................................................. 44
Bảng 3.10. Số liệu quá trình hấp phụ.................................................................................. 47
Bảng 3.11. Kết quả phân tích mẫu IPA sau hấp phụ bằng phương pháp phân tích
GCMS ..................................................................................................................................... 52


DANH MỤC ĐỒ THỊ VÀ HÌNH VẼ
Hình 1.1. Cơng thức phân tử isopropanol .............................................................................2
.......................................................................................................4
Hình 1.3. Quy trình rửa linh kiện điện tử trong nhà máy ....................................................9
Hình 1.4. Vết lỗi trên chi tiết khi rửa bằng H2SO4 ............................................................ 10

Hình 1.5. Sơ đồ dây chuyền công nghệ chưng luyện kết hợp hấp thụ ........................... 12
Hình 1.6. Mơ tả q trình lọc qua màng RO...................................................................... 12
Hình 2.1 Sơ đồ cơng nghệ qui trình hấp phụ ..................................................................... 20
Hình 2.2 Qui trình hồn ngun chất hấp phụ................................................................... 21
Hình 2.3. Đồng sunfat ở hai trạng thái khác nhau............................................................. 24
Hinh 2.4. Sơ đồ quá trình chưng luyện trích ly hỗn hợp đẳng phí IPA-nước................ 27
Hình 3.1. Đồ thị khảo sát thời gian sấy đồng sulfate ........................................................ 34
Hình3.2.Biểu đồ thể hiện thể tích dung dịch sau hấp phụ thay đổi theo thời gian ....... 37
Hình 3.3. Một mẫu dung dịch IPA đang được hấp phụ bằng CuSO4 khan ................... 37
Hình 3.4. Sự thay đổi thể tích dung dịch IPA sau hấp phụ ứng với sự thay đổi khối
lượng đồng sulfate ................................................................................................................. 39
Hình 3.5. Sự thay đổi thành phần phần trăm dung dịch IPA sau hấp phụ ứng với sự
thay đổi khối lượng đồng sulfate ......................................................................................... 39
Hình 3.6. Biểu đồ kết quả phân tích nhiệt vi sai của mẫu CuSO4 sau hấp phụ nước ... 42
Hình 3.7.Sự thay đổi khối lượng đồng theo thời gian sấy ............................................... 45
Hình 3.8. Mẫu đồng sulfate sau khi sấy khan .................................................................... 45
Hình 3.9. Hình ảnh trong q trình tiến hành thí nghiệm ................................................ 48
Hình 3.10 Sơ đồ cơng nghệ q trình hấp phụ .................................................................. 50


MỞ ĐẦU

Isopropanol ( iso-propyl alcohol) là một hóa chất quan trọng được sử dụng rất
rộng rãi trong nhiều lĩnh vực cơng nghiệp.Isopropanol là hóa chất có tính chất tẩy rửa
rất tốt , vì vậy được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực công nghệ linh kiện điện tử. Một
phần lớn lượng isopropanol sau khi đã sử dụng có khả năng tái sinh. Những dung dịch
này chứa chủ yếu là isopropanol, nước, một lượng nhỏ các tạp chất khác. Đểnâng cao
chất lượng của dung dịch isopropanol sau khi sử dụng thì ta phải tập trung loại bỏ
nước và các tạp chất khác trong dung dịch.Hiện nay, cũng có nhiều cơ sở xử lý dung
dịch này , tuy vậy cách xử lý còn thơ sơ, tự phát, chưa triệt để. Vẫn chưa có nghiên

cứu nào để tập trung xử lý dung dịch isopropanol này. Vì thế dung dịch sau xử lý chưa
được sử dụng rộng rãi và hiệu quả kinh tế chưa cao.
Trong luận văn này, em lựa chọn đề tài “Nghiên cứu xử lý dung dịch rửa linh
kiện điện tử nhằm thu hồi izo-propanol sử dụng trong cơng nghiệp”.
Có rất nhiều phương pháp để tách nước ra khỏi dung dịch isopropanol như
phương pháp chưng luyện, là một phương pháp truyền thống dùng để tách các cấu tử
có nhiệt độ sơi khác nhau trong cùng một dung dịch.Tuy vậy để thực hiện được
phương pháp này, cần phải có sự đầu tư lớn về cơ sở vật chất thiết bị nhà xưởng và
phương pháp này phù hợp với qui mô công nghiệp. Với qui mơ nhỏ, nguồn vốn đầu tư
vừa phải thì phương pháp được lựa chọn để tách nước đó là phương pháp hấp phụ
trong pha lỏng, sử dụng cấu tử hấp phụ là CuSO4 khan. Phương pháp này được đưa ra
phù hợp với điều kiện và qui mô thực hiện.

Trang 1


PHẦN 1: TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu về isopropanol
1.1.1 Đặc tính của isopropanol
Tính chất isopropanol cịn được gọi là iso-propyl alcohol, viết tắt IPA là hợp
chất phân tử có cơng thức C3H8O, là chất không màu, dễ cháy, với mùi nặng, là trường
hợp đơn giản nhất của alcol bậc 2.

Công thức phân tử: C3H8O
Khối lượng phân tử: 60.1g/mol
Ngoại quan: không màu
Mùi: nặng
Tỉ trọng: 0.786 g/cm3
Nhiệt độ đông đặc: -89o C

Nhiệt độ sơi: 82.5 oC
Tính tan trong nước: tan vơ hạn

Hình 1.1. Công thức phân tử isopropanol

Áp suất hơi: 2.4 kPa
Độ nhớt (25 oC):1.96cP

Dung dịch IPA có khả năng hấp thụ tại bước sóng 204nm trong quang phổ
UV(ultraviolet-visible).
IPA là chất có thể hòa tan trong nước, rượu, ether và chloroform. Dung dịch
IPA hòa tan được nhiều chất ethyl cellulose, polyvinyl butyral, nhiều dầu, alkaloid,
nước, keo và nhựa tự nhiên. Dung dịch IPA khơng hịa tan dung dịch muối. Khơng
giống như ethanol hoăc methanol, IPA có thể tách ra khỏi dung dịch nước bằng cách
thêm muối như natri clorua, Natri sunfat, hoặc bất kỳ muối vơ cơ khác. Vì IPA có độ
hịa tan giảm khi dung dịch chứa các muối. Quá trình tách diễn ra khi xuất hiện sự
phân lớp, lớp dung dịch và lớp IPA.

Trang 2


Tính chất hóa học:
IPA có thể bị mất nước tạo thành acetone, bằng cách sử dụng các chất oxy hóa
như axit cromic hoặc sử dụng xúc tác “Cu” với nhiệt độ:

Khi IPA hòa tan vào trong nước tạo thành một hỗn hợp đẳng phí, với điểm sơi
là 80,37 o C với thành phần IPA là 87,7% khối lượng(91% thể tích).
Vớ
–

–

o

C

(mol/mol)

pha hơi (mol/mol)

100

0

0

82.78

0.08430

0.50240

81.34

0.19860

0.54440

80.92

0.33140

0.56540

80.29

0.58380

0.63580

80.31

0.68130

0.68130

80.22

0.73330

0.71420

80.45

0.81000

0.76980

81.16

0.91530

0.88010

82.05

1

1

Trang 3


lỏng – hơi

–

*

1.1.2 Ứng dụng của isopropanol
Ứng dụng lớn nhất của IPA là dùng làm dùng môi cho sơn và cho các q trình
cơng nghiệp. Đặc biệt IPA được dùng phổ biến cho các ứng dụng dược phẩm do độc
tính của các cặn còn lại thấp. Một phần IPA được sử dụng làm hóa chất trung gian.
IPA có thể chuyển ngược thành acetone, tuy nhiên quy trình cumene vẫn quan trọng
hơn trong việc sản xuất acetone. Nó cũng được sử dụng để làm phụ gia cho xăng.
1.1.2.1Dung mơi
IPA hịa tan được nhiều hợp chất khơng phân cực. Nó bay hơi vừa phải và
tương đối không độc so với những dung mơi thay thế khác. Do đó, nó được sử dụng
rộng rãi như một dung môi và chất tẩy rửa, đặc biệt cho việc hòa tan dầu mỡ.
Hỗn hợp 35% đến 50% vể khối lượng IPA trong hỗn hợp với nước là chất rửa

kính rất hiệu quả. IPAcũng được dùng trong xà phịng nước, kết hợp với hydrocacbon
clo hố làm chất tẩy.

Trang 4


IPA có độ tinh khiết cao dùng để tẩy rửa các thiết bị điện tử như các chân tiếp,
băng từ và đầu đĩa, các ống kính laser trong ổ đĩa quang (như CD, DVD).
Vì IPA có tốc độ bay hơi vừa phải nên nó tạo khả năng kháng đục tốt cho sơn
nitrocellulose. Hơn nữa, nó thường được dùng để thay thế cho ethanol trong vài loại
sơn nhất định mà không làm thay đổi độ nhớt của sơn. IPAcó khả năng hoà tan tốt
nhiều loại nhựa, khi chỉ thêm lượng nhỏ IPAsẽ làm tăng đáng kể khả năng hoà tan
nitrocellulose.
IPA được sử dụng như là một dung môi cho mực in rất hiệu quả.Trong qui trình
sản xuất mực in, IPA có các nhiệm vụ như sau :
-

Hòa tan nhựa rắn tạo thành hệ đồng nhất

-

Làm loãng hệ mực in

-

Tăng khả năng phân tán bột màu

-

Điều chỉnh độ nhớt thích hợp khi in

-

Điều chỉnh tốc độ bay hơi.

Trong kỹ thuật in offset (ướt), IPA là thành phần chính trong dung dịch làm ẩm.
Dung dịch làm ẩm có tác dụng đảm bảo sự cân bằng mực nước trong quá trình in vì
thế sẽ cho kết quả in tốt. IPA là một chất tạo liên kết bề mặt tốt, ngồi ra cịn có khả
năng làm tăng độ nhớt của dung dịch tạo ẩm bên cạnh việc làm giảm sức căng bề mặt,
hỗ trợ tốt cho việc tạo màng dung dịch ẩm trong hệ thống cấp ẩm, qua đó việc cấp ẩm
cho bản in sẽ điều hịa hơn. Cồn IPA bay hơi nhanh, do đó sự khô mực sẽ diễn ra
nhanh hơn. Khi IPA bay hơi cịn có tác dụng làm mát bản in, ngồi ra IPA cịn có tác
dụng ngăn chặn sự hình thành bọt trên bề mặt dung dịch làm ẩm trong máng in.
1.1.2.2Chất trung gian
Phản ứng ester hóa của IPA với acid acetic cho ra isopropyl acetate – một dung
môi cũng được sử dụng khá rộng rãi khác. IPA còn phản ứng với khí carbon disulfua
(CS2 ) để cho ra sodium isopropyl xanthate (C4H7NaOS2 ) – một chất diệt cỏ có hoạt
tính khá mạnh. Ngoài ra IPA cũng phản ứng với titanium tetrachloride và nhôm kim
loại để cho ra titanium và aluminum isopropoxides, hai hợp chất này trước đây dùng
làm xúc tác và giờ đóng vai trị như một thuốc thử.

Trang 5


1.1.2.3Hóa học
IPAđược dùng làm nguyên liệu để sản xuất glycerol, isopropyl acetate và
acetone. IPA dùng trong sản xuất chất khử hydrate.
1.1.2.4Y học
Dung dịch 75% của IPA với nước có thể dùng để sát trùng. IPA cũng được
dùng như một chất hỗ trợ làm khô nước trong các trường hợp chống viêm tai, được

nhiều người đi bơi dùng đến.
IPAđược dùng phổ biến trong điều chế mỹ phẩm và nước hoa. Vì IPA có độc
tính thấp và rất êm dịu cho da nên nó là thành phần được ưa thích trong nhiều loại dầu
thơm, kem, chất khử mùi và các loại sản phẩm chăm sóc cho con người khác.
1.1.2.5Dùng trong xe hơi
IPA là thành phần chính trong phụ gia nhiên liệu làm khơ khí. Với một hàm
lượng đủ lớn, nước sẽ gây ra những sự cố cho các bồn chứa nhiên liệu vì nó tách lớp
khỏi nhiên liệu và có thể làm đóng băng các đường ống dẫn ở nhiệt độ thấp. Khi có
mặt IPA nó khơng loại bỏ nước mà đóng vai trị như một dung mơi trung gian, IPA có
tác dụng hòa tan nước và hòa lẫn vào trong nhiên liệu và do đó nước sẽ khơng gây ra
những sự cố nêu trên.
1.2 Tình hình sản xuất isopropanol hiện nay
1.2.1 Tình hình sản xuất trên thế giới
Chính vì ứng dụng rất rộng rãi trong các lĩnh vực khác nhau, nên IPA trở thành
một trong những chất hóa học quan trọng. Từ những năm 1994, khoảng 1,5 triệu tấn
IPA được sản xuất tại Mỹ, Châu Âu và Nhật Bản

cao (>99.5% mole).
Theo thống kê sơ bộ, trong quý IV năm 2012 đến cuối năm 2013, khu vực châu
Á sẽ đi vào hoạt động mới các nhà máy sản xuất IPA mới với công suất là 340.000 tấn
/năm. Tổng sản lượng isopropanol năm 2011 tại Châu Á khoảng 80 triệu tấn.

Trang 6


Trung Quốc là nước nhập khẩu lớn nhất châu Á về isopropanol. Theo số liệu
thống kê của hải quan Trung Quốc,chín tháng đầu năm 2012 Trung Quốc nhập khẩu
isopropanol khoảng 6,1 triệu tấn, giảm 10,23% so với năm trước.
1.2.2. Tình hình sản xuất ở nƣớc ta hiện nay
Isopropanol là một hóa chất quan trọng, nhưng hiện nay Việt Nam vẫn chủ yếu

là nhập khẩu IPA.. Nguồn nhập khẩu IPA chủ yếu của nước ta hiện nay là từ các nước:
Nhật Bản, Trung Quốc, Đài Loan, Ấn Độ và một vài nước khác.Việc nghiên cứu và
phát triển công nghệ sản xuất, chế biến và tái chế IPA cần được đầu tư đúng mức,
trước mắt đáp ứng một phần nhu cầu trong nước hiện nay.
Ở nước ta hiện nay, một lượng lớn dung dịch IPA sau khi sử dụng nếu được
đem tái chế thì có thể sử dụng lại được. Tuy nhiên, do cơng nghệ xử lý cịn thấp, dung
dịch IPA sau khi được tái chế lại thường có chất lượng khơng cao, phục vụ chủ yếu
cho ngành sơn và rửa các linh kiện điện tử. Để sử dụng trong công nghệ sản xuất mực
in nước hay một số ngành khác, dung dịch IPA tái chế cần có chất lượng cao hơn.
Riêng với ngành in là một trong lĩnh vực có tiềm năng phát triển rất lớn hiện
nay. Ngành sản xuất mực in Việt Nam năm 2011 đạt sản lượng 18.850 tấn,với giá trị
57 triệu đô la Mỹ.
1.2.3 Các phƣơng pháp sản xuất IPA
Hợp chất này được sản xuất chủ yếu bằng cách kết hợp nước với propene (C3H6)
trong phản ứng hydrate hóa. Một phần nhỏ được sản xuất từ việc hydro hóa acetone.
Có 2 phương pháp hydrate hóa: hydrate gián tiếp qua quá trình acid sulfuric và
hydrate trực tiếp. Trong quá trình trước đây propene chất lượng thấp được sử dụng phổ
biến ở Mỹ nhưng trong quá trình sau này, chất lượng propene địi hỏi cao hơn và q
trình này được ứng dụng rộng rãi ở châu Âu. Các quá trình này ưu tiên cho sự hình
thành iso-propanol hơn n-propanol do sự cộng nước hay acid sulfuric vào propene tuân
theo quy luật Markovnikov.

Hydrate hóa gián tiếp
Trang 7


Trong quá trình này, propene phản ứng với acid sulfuric để tạo thành một hỗn
hợp của ester sulfat. Sau đó những ester này được thủy phân bởi hơi nước cho ra IPA,
và sau đó đem đi chứng cất. Diisopropyl là một sản phẩm phụ đáng kể của q trình
này, nó được đưa trở lại quy trình và được thủy phân để cho ra sản phẩm mong muốn.

Hydrate hóa trực tiếp
Propene được hydrate hóa trực tiếp với nước, kể cả dạng lỏng hay dạng khí ở áp
suất cao với sự hiện diện của xúc tác rắn hay xúc tác acid hỗ trợ. Quy trình này được
ứng dụng cho những trường hợp sản xuất đòi hỏi độ tinh khiết >90%.
Cả 2 quá trình này đều địi hỏi IPA phải được tách ra khỏi nước và các sản
phẩm khác bằng chưng cất. IPA và nước tạo thành một hỗn hợp đẳng phí và khi chưng
cất ra sẽ cho một hỗn hợp gồm 87.9% IPA và 12.1% nước theo khối lượng. IPA tinh
khiết có được bằng cách chưng cất đồng sơi IPA có lẫn nước bằng cách sử dụng cả
diisopropyl ether hay cyclohexane như một tác nhân đẳng phí.

Hydro hóa acetone
Acetone được hydro hóa ở pha lỏng với xúc tác nikel hay hỗn hợp của đồng và
crom oxide. Q trình này rất hữu ích khi kết hợp với việc sản xuất acetone dư thừa,
chẳng hạn như quá trình cumene.

1.3Nguồn phát sinh IPA thải trong rửa linh kiện điện tử
Công ty TNHH Hoya Glass Disk Việt Nam là công ty thuộc sở hữu 100% vốn
Tập đoàn Hoya của Nhật Bản, Tập đoàn được thành lập vào năm 1941- nhà sản xuất
hàng đầu thế giới về nền thủy tinh cho đĩa từ dùng trong ổ cứng máy tính. Ở Việt
Nam, có hai nhà máy Hoya lắp đặt ở Hà Nội và Hưng Yên. Tập đoàn sở hữu hơn
6.000 nhân viên và trang thiết bị công nghệ cao. Thương hiệu Hoya đang càng ngày
được phát triển mạnh mẽ và rộng khắp trên cả nước.Các sản phẩm đĩa thủy tinh Hoya
có yêu cầu về độ bóng và sạch rất cao.

Trang 8


Hiện nay, mỗi ngày công ty sản xuất hơn 2 triệu đĩa.Với số lượng sản phẩm rất
lớn như vậy thì yêu cầu sử dụng một lượng dung dịch rửa là rất nhiều. Theo con số
thống kế trung bình mỗi ngày cơng ty sử dụng 4000 lít IPA cho q trình làm sạch đĩa.

Lượng dung dịch sau khi rửa đĩa xong sẽ lược lọc sơ bộ, rồi lọc tinh. Một phần hồn
ngun, quay lại để tiếp tục rửa đĩa, cịn đến 80% thể tích là phải loại bỏ. Như vậy một
tháng cũng phải có đến 100.000 lít IPA cần được xử lý và tái sử dụng, thường lượng
dung môi này được bán cho các công ty dung môi hoặc công ty hóa chất để tái sử dụng
với giá rẻ và hiệu quả sử dụng không cao. Với lượng IPA khá lớn kể trên, nếu chúng ta
có phương pháp để xử lý loại bỏ các tạp chất, nâng cao độ tinh khiết để ứng dụng vào
nhiều lĩnh vực thì sẽ cho được quả kinh tếcao.
Quá trình làm sạch linh kiện điện tử

Rửa lần
đầu

Rửa súc +
siêu âm
(lần 1)

Cọ rửa +
chất tẩy

Kiểm tra
bằng thiết bị

Cọ rửa +
chất tẩy

Kiểm tra bằng
mắt thường

Rửa súc +
siêu âm

(lần 2)
Sấy ở 63oC,
trong 3h

Hình 1.3. Quy trình rửa linh kiện điện tử trong nhà máy
Bước làm sạch bụi là bước được thực hiện đầu tiên và cạnh quá trình đánh bóng
mặt đĩa. Q trình này sử dụng phương pháp làm sạch siêu âm và hóa học để loại bỏ
các bụi bẩn và hạt cặn bám dính trên bề mặt đĩa. Nếu khơng được làm sạch, khi đưa
vào q trình đánh bóng đĩa sẽ gây ra xước bề mặt đĩa. Ta có thể sử dụng axit
phosphoric để rửa. Trước và sau q trình đánh bóng ta sử dụng H2SiF6, vì các hạt bụi
có kích thước rất nhỏ, rất khó để làm sạch bằng phương pháp siêu âm. Trong trường
hợp nhẵn bóng thì nên sử dụng HF. Q trình đánh bóng ta thường sử dụng: Al2 O3.
Trong trường hợp này, cần có các hạt có độ mịn cao để bơi trơn, ta sử dụng SiO2.
Trước khi q trình đánh bóng cuối cùng, bề mặt đĩa sẽ có rất nhiều hạt bụi và chất
bẩn nhỏ như sắt, SUS nếu không loại bỏ sẽ gây ra khiếm khuyết trên bề mặt đĩa. Bước
này là rửa bằng hóa chất, sẽ có hai loại: loại rửa trực tiếp bằng axit và loại không rửa

Trang 9


được bằng axit (loại này nếu rửa bằng aixit sẽ gây biến đổi mạch và lỗi mạch). Loại
này chỉ được làm sạch bằng chất tẩy rửa thích hợp hoặc chất làm sạch có nồng độ thấp.

Hình 1.4. Vết lỗi trên chi tiết khi rửa bằng H2 SO4
Trong trường hợp tiến hành rửa bằng axit ta cần tiến hành quá trình trung hịa axit
cịn lại bằng các bazơ, sau đó được rửa sạch bằng nước. Sau đó được tiến hành rửa lại
bằng dung dịch IPA (giai đoạn rửa súc + siêu âm (lần 2)), sau đó được tiến hành rửa
tiếp bằng hơi IPA, IPA được sử dụng chủ yếu ở quá trình này.
Sau đó, linh kiện được đưa đi tiến hành sấy ở 63oC trong 3h.Tiến hành kiểm tra sản
phẩm bằng mắt thường và bằng thiết bị.

Qua quy trình trên có thể thấy rằng, IPA thải có nguồn gốc sau khi linh kiện được
rửa sạch bằng nước. IPA đóng vai trị làm khô bề mặt đĩa. Thành phần lẫn chủ yếu có
trong IPA thải là nước. Bên cạnh đó , dung dịch IPA thải còn chưa các tạp chất cuốn
theo trên bề mặt đĩa trong q trình rửa trơi. Siloxane là tạp chất một trên bề mặt đĩa ,
đây là hóa chất ngăn thấm nước. Ngồi ra cịn có các tạp chất khác phát sinh từ các
quá trình phủ từ trên bề mặt đĩa , q trình đánh bóng bề mặt đĩa…
1.4 Một số phƣơng pháp tách nƣớc khỏi dung dịch isopropanol
Dung dịch IPA sau khi sử dụng được gom lại và đem đi xử lý sơ bộ. Ở công
đoạn xử lý sơ bộ, dung dịch đã được lọc để loại bỏ các cặn rắn, các chất không tan.
Thành phần dung dịch sau đó gồm chủ yếu là IPA, nước và một lượng rất nhỏ các tạp
chất khác.
Nhận thấy từ thành phần đầu ra của IPA ta cần tìm ra phương pháp loại nước
khỏi dung dịch IPA. Có nhiều phương pháp khác nhau để loại nước khỏi dung dịch
như: Chưng luyện, hấp phụ bằng các chất có độ háo nước cao, cơng nghệ màng, trích
ly… Tuy nhiên vì tính kinh tế và vấn đề mơi trường ta cần tìm ra được một phương
Trang 10


pháp phù hợp nhất với quy mơ phịng thí nghiệm hoặc sử dụng một doanh nghiệp vừa
và nhỏ hiện nay.
1.4.1 Quá trình chưng luyện
Dung dịch isopropanol- nước là một hỗn hợp có điểm đẳng
isopropanol: x = y*

Vì vậy để thu được isopropanol tinh khiết

không thể chỉ dùng phương pháp chưng luyện bình thường mà phải kết hợp chưng
luyện với những phương pháp khác ví như chưng luyện trích ly.
-

-

-3.
-

-

-

chứ kh

Trang 11


Hình 1.5. Sơ đồ dây chuyền cơng nghệ chưng luyện trích ly

1.4.2

Sử dụng cơng nghệ màng

Trong những năm gần đây công nghệ màng đã đạt được rất nhiều thành tựu,
tiến bộ vượt bậc. Với việc sản xuất đại trà, giá thành rẻ, độ bền cao… đã làm giảm
đáng kể chi phí cho sản phẩm của q trình lọc qua màng.
Q trình lọc màng được hiểu theo nghĩa là rào chắn nhằm ngăn cách giữa các
pha, hạn chế sự vận chuyển qua lại giữa các cơ chất một cách có chọn lọc. Q trình
lọc màng có thể tách dịng thành hai dịng riêng biệt: dịng thấm và dịng cơ đặc. Dịng
thấm là phần chất lỏng đi qua màng trong khi đó dịng cơ đặc là dịng chứa những
phần tử bị giữ lại ở màng.

Hình 1.6. Mơ tả q trình lọc qua màng RO

Trang 12


Sử dụng cơng nghệ màng có những ưu, nhược điểm sau:
-

Ưu điểm:
Thân thiện về mặt môi trường
Công nghệ sạch và dễ vận hành
Có thể thay thế được nhiều q trình hóa lý truyền thống: lọc, chưng cất,
trao đổi ion…
Tạo ra các sản phẩm có chất lượng cao
Thuận lợi cho việc thiết kế những hệ thống có tính linh hoạt cao.

-

Nhược điểm:
Cần phải có được loại màng vừa có năng suất cao và có độ chọn lọc cao,
nhưng hai yếu tố trên thì thường ngược lại với nhau
Chưa được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất
Chi phí cho cơng nghệ cịn cần xem xét.

1.4.3. Quá trình hấp phụ
“Hấp phụ là quá trình hút các chất trên bề mặt các vật liệu xốp nhờ các lực bề mặt.
Các vật liệu xốp được gọi là chất hấp phụ, chất bị hút gọi là chất bị hấp phụ.
Đối với chất khí, hấp phu có tác dụng tương tự như hấp thụ. Tuy nhiên, khác với
hấp thụ là q trình hút và hịa tan vào lịng chất lỏng cịn hấp phụ thì chỉ hút trên bề
mặt.
Hấp phụ cũng trong dùng rộng rãi để tách các chất tan (điện ly và không điện ly)

khỏi dung dịch. Trường hợp này có tác dụng như trích ly nhưng trích ly là q trình
chuyển chất tan từ dung dịch đầu vào lịng dung mơi.” [3-238]
Hấp phụ xảy ra do lực hút tồn tại ở trên và gần sát bề mặt trong các mao quản.
Mạnh nhất là các lực hóa trị, gây nên hấp phụ hóa học, tạo ra các hợp chất khá bền
trên bề mặt, khó nhả hoặc chuyển phân tử thành các nguyên tử gọi là hấp phụ hóa học.
Lực hấp phụ là do lực hút phân tử Van Der Waals tác dụng trong khoảng không gian
gần sát bề mặt gọi là hấp phụ vật lý. Một hiện tượng thường xảy ra trong hấp phụ từ
pha khí là ngưng tụ thành chất lỏng trong các mao quản nhỏ. Nó xảy ra dưới tác dụng
của lực mao quản.

Trang 13


Mỗi phân tử đã bị hấp phụ (dù ở pha khí hay lỏng) đều giảm độ tự do. Nên hấp phụ
thường kèm theo sự tỏa nhiệt. Nếu hấp phụ một chất khí có nhiệt độ hấp phụ cỡ bằng
nhiệt ngưng tụ gọi là hấp phụ vật lý. Cịn hóa học, nhiệt hấp phụ lớn hơn, có thể bằng
nhiệt phản ứng. Do đó q trình hấp phụ việc tách nhiệt ln được đặt ra.
Quá trình chuyển chất trong hấp phụ được xem như gồm 3 giai đoạn. Giai đoạn thứ
nhất là khuếch tán từ môi trường lỏng đến bề mặt hạt chất hấp phụ. Giai đoạn này phụ
thuộc tính chất vật lý và thủy động lực của chất lỏng. Giai đoạn thứ hai là khuếch tán
theo các mao quản đến bề mặt. Giai đoạn cuối cùng là tương tác hấp phụ.
1.4.3.1 Thuyết hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir [2-245]
Theo quan niệm, trên bề mặt hấp phụ chứa các tâm hấp phụ. Lực hấp phụ là do
các hóa trị dư ở các tâm đó tác động trong khoảng cách của kích thước phân tử và sự
hấp phụ chỉ tạo ra một lớp. Trên bề mặt các phân tử đã bị hấp phụ không tương tác
nhau. Quá trình hấp phụ chỉ xảy ra trên những điểm đặc biệt gọi là tâm hấp phụ.
Phương trình đẳng nhiệt của Langmuir :

A,B là hằng số , phụ thuộc vào tính chất của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ
P là áp suất riêng phần của chất bị hấp phụ trong hỗn hợp khí

là lượng chất bị hấp phụ trong một đơn vị khối lượng ( nồng độ chất bị hấp
phụ trong pha rắn).
1.4.3.2 Thuyết hấp phụ BET(Brunauer-Emmett- Teller)
Các tác giả Brunauer - Emmett - Teller bằng con đường nhiệt động học đã đưa
ra phương trình hấp phụ đẳng nhiệtdựa trên cácquan điểmsau :
+ Hấp phụ vật lý tạo thành nhiều lớp phân tử chồng lên nhau.Lớp đầu tiên của
chấtbị hấpphụhìnhthànhdokếtquảtươngtáclựcVanderWaalsgiữachấthấpphụvàchấtbị
hấp phụ, cáclớp tiếptheo đượchình thành do sự ngưng tụ khí.
+ Nhiệt hấp phụ ở lớp thứ hai và các lớp tiếp theo thì bằng nhau và bằng nhiệt
Trang 14


hóa lỏng của khí, trong khi nhiệt hấp phụ của lớp thứ nhất thì khác, đó là nhiệt tạo
phức đơn, lớn hơn nhiệtlượngcủa cáclớp sau .
+ Các phân tử chất bị hấp phụ chỉ tương tác với phân tử lớp trước và lớp sau
mà không tươngtácvới phân tử bên cạnh.
Phương trình PET có dạng :

1.4.3.3 Động học của q trình hấp phụ [3-252]
Quá trình hấp phụ từ pha lỏng lên bề mặt xốp của chất hấp phụ diễn ra theo ba
giai đoạn :
o Chuyển chất từ pha lỏng đến bề mặt ngoài của chất hấp phụ.
o Khuếch tán vào các mao quản của hạt
o Hấp phụ: quá trình hấp phụ làm bão hịa dần từng phần của khơng gian
hấp phụ, đồng thời làm giảm độ tự do của các phẩn tử bị hấp phụ, nên
luôn kèm theo sự tỏa nhiệt.
Giai đoạn hấp phụ là bước cuối cùng diễn ra do tương tác của bề mặt chất hấp
phụ và chất bị hấp phụ. Nhìn chung đó là do các lực vật lý. Lực tương tác là khác
nhau đối với các phân tử khác nhau, tạo nên một tập hợp bao gồm các lớp phân tử
trên bề mặt, như một màng chất lỏng, tạo nên trở lực chủ yếu cho giai đoạn hấp

phụ.
Quá trình hấp phụ được đặc trưng bởi phương trình động học, trong đó tốc độ là
một đặc trưng rất quan trọng. Tốc độ của quá trình hấp phụ tỉ lệ thuận với hệ số
chuyển khối và động lực của quá trình :

Trang 15


Cz : lượng chất bị hấp phụ bởi một đơn vị thể tích chất hấp phụ (kg/m3)
τ : thời gian hấp phụ (s)
Cy: nồng độ tương đối của chất hấp phụ ( kg/m3 )
C*y : nồng độ cân bằng chất hấp phụ ( kg/m3)
Y : nồng độ tương đối hỗn hợp hơi (kg/kg)
Y* : nồng độ cân bằng hỗn hợp hơi (kg/kg)
K’vc, K’vy các hệ số chuyển khối ( kg/m3s)

1.4.3.4. Hấp phụ bằng rây phân tử
Để loại nước khỏi dung dịch IPA, trong cơng nhiệp có thể dung cơng nghệ rây
phân tử (RPT), sử dụng vật liệu rây phân tử là zeolite A và phương pháp thức hiện là
hấp phụ pha hơi.
Zeolit được gọi là sàng “phân tử”, nghĩa là tách được các chất dựa vào, sự khác
nhau về kích thước phân tử. Đó là nhờ mạng tinh thể tạo ra cấu trúc giống như các
“lồng”, trên đó có các cửa sổ. Với kích thước nhất định chỉ cho phép qua những phân
tử nhỏ hơn. [3-243]
Nguyên tắc của phương pháp hấp phụ này là dựa vào khả năng hấp phụ chọn
lọc của zeolite chỉ hấp phụ nước với kích thước lỗ mao quản là 3 Angstrom (loại 3A).
Nước có kích thước phân tử khoảng 2.5 Angstrom nên bị hấp phụ. Trong khi đó phân
tử IPA có kích thước phân tử khoảng 4.7 Angstrom.
Các sản phẩm zeolit dưới dạng viên tạo ra do trộn thêm đất sét làm chất kết
dính. Do đó trong viên cũng thêm các mao quản giữa các tinh thể zeolite và giữa các

chất kết dính, làm tăng thêm bề mặt hấp phụ nhưng cũng tăng trở lực khuếch tán.

Trang 16


ợc thực hiệ

ạ

Ưu, nhược điểm:
-

Ưu điểm:
Phương pháp này cho độ tinh khiết cao, do sản phẩm không bị lẫn các chất
dung mơi.
Có thể điều chỉnh các thơng số vận hành trong một khoảng rộng.

-

Nhược điểm:
Hỗn hợp đầu vào hệ thống không chứa các chất hữu cơ dễ bay hơi hơn
isopropanol, vì chúng có thể đi qua thiết bị hấp thụ và tích tụ lại trong
isopropanol sản phẩm
Nồng độ nước trong hỗn hợp đẳng phí mà cao dễ dẫn đến lớp hấp phụ nhanh
bị bão hòa, làm giảm năng suất, quá trình tái sinh tốn nhiều năng lượng.

1.4.3.5.

Silicagel

Silicagel là chất hấp phụ ưa nước. Nó hấp phụ nước và nhiều chất có cực, ứng
dụng của nó chủ yếu dùng để tách nước trong khơng khí (khí thiên nhiên khai thác từ
các mỏ…), khơng khí và các khí cơng nghiệp khác, tách nước trong các chất lỏng ít
tan trong dung dịch nước… [3-242]
Silicagel bền cơ học ở nhiệt độ cao. Các tính chất hấp phụ không thay đổi xấu khi
Silicagen được gia cơng nhiệt ở nhiệt độ 500 oC. Kích thước các hạt thuờng 0.2-7mm,
khối lượng riêng thực 2.1-2.3 g/cm3, khối lượng riêng xốp 0.4-1.7g/cm3.
Sấy Silicagel ở nhiệt độ 120 – 150 oC làm hết nước tự do, còn độ ẩm 5-7%, giải
phóng khơng gian giữa các vi hạt, hình thành mao quản với bề mặt riêng phát triển, cỡ
300 – 750m2/g.

Trang 17