Đồ án thiết kế thiết bị nhiệt phân lốp xe cao su phế thải thu hồi dầu đốt

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH CỬ NHÂN KỸ THUẬT CH4026
Đề tài:
THIẾT KẾ THIẾT BỊ NHIỆT PHÂN LỐP XE THẢI THU HỒI NHIÊN LIỆU LỎNG

GVHD: Chu Thị Hải Nam
SVTH: Lê Ngọc Sơn
MSSV: 20143803

1


PHỤ LỤC
MỞ ĐẦU........................................................................................................................... 4

CHƯƠNG I :

TỔNG QUAN...................................................................................6

1.1. Tổng quan về cao su............................................................................................6
1.1.1.

Cao su thiên nhiên.....................................................................................7

1.1.2.

Cao su tổng hợp.........................................................................................9

1.1.3.

Các chất phối trộn với cao su..................................................................12

1.2. Thành phần cấu tạo của lốp xe........................................................................14
1.3. Hiện trạng ô nhiễm cao su phế thải.................................................................15
1.3.1.

Hiện trạng ô nhiễm cao su phế thải trên thế giới...................................15

1.3.2.

Hiện trạng ô nhiễm cao su phế thải tại Việt Nam...................................16

1.4. Các phương pháp xử lý cao su phế thải..........................................................17
1.4.1.

Phương pháp chôn lấp............................................................................17

1.4.2.

Thiêu đốt cao su phế thải.........................................................................17

1.4.3.

Tái chế cao su phế thải............................................................................19

2.1. Cơ sở phương pháp nhiệt phân........................................................................21
2.2. Đặc điểm nhiệt động học và động học các phản ứng chính xảy ra dưới tác
dụng của nhiệt ..........................................................................................................22
2.2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nhiệt phân

.....................................22

2.3. Giới thiệu về phản ứng cracking xúc tác.........................................................24

2.3.1. Tổng quan cơ chế xúc tác và vai trò của xúc tác

......................................24

2.3.2. Quá trình cracking xúc tác...........................................................................25
2.3.3. Những yêu cầu đối với xúc tác trong quá trình Cracking

........................26

2.3.4. Chất xúc tác cracking....................................................................................26
3.1. Công nghệ xử lý cao su phế thải........................................................................33
3.1.1. Xử lý cơ học làm nguyên liệu.......................................................................33

3.1.2. Tái sinh cao su phế thải ...............................................................................34
3.1.3. Nhiệt phân cao su phế thải thành dầu..........................................................38
3.1.4. Đặc điểm sản phẩm của quá trình nhiệt phân.............................................58
3.1.5. Lựa chọn công nghệ......................................................................................61
2


CHƯƠNG II:

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ.................................................................61

1. Sơ đồ công nghệ thiết kế.......................................................................................61

2.

Tính cân bằng vật chất cho thiết bị phản ứng................................................62

3.

Tính đường kính và chiều dài lò nhiệt phân [18]...........................................64

4.

Tính toán chiều dày thành lò nhiệt phân........................................................66

5.

Đường kính cửa nạp liệu..................................................................................66

6.

Đường kính cửa dẫn hơi...................................................................................66

KẾT LUẬN..................................................................................................................... 68
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................................69

3

MỞ ĐẦU
Trong vài chục năm trở lại đây, sự phát triển kinh tế kéo theo sự gia tăng nhanh chóng
số lượng của phương tiện giao thông. Ngoài lợi ích thu được thu được từ các phương tiện
giao thông mang lại, còn có vấn đề về chất thải và ô nhiễm môi trường do các phương
tiện này tạo ra chẳng hạn như săm lốp phế thải.
Năm 2007, ở Châu Âu đã thải bỏ gần 3,4 triệu tấn săm, lốp [14], còn ở Mỹ là gần 4,6
triệu tấn [22]. Các nước Châu Á có mức thải bỏ ít hơn. Tuy nhiên riêng Nhật Bản cũng đã
có tới gần 1 triệu tấn phế thải cao su [11]. Việt Nam với số lượng xe gắn máy ước 20 triệu
chiếc, cộng thêm với ô tô, xe tải, và nền sản xuất các sản phẩm cao su khác, mỗi năm ướ
c tính nước ta đã thải ra môi trường khoảng 400.000 tấn phế liệu cao su [10]. Đây thực sự

là thách thức lớn đối với môi trường sống của con người. Hầu hết chất thải là cao su phế
thải rất khó phân hủy, bền vững trước tác nhân hóa học, sinh học, vật lý và phải mất
khoảng vài chục năm nó mới có khả năng phân hủy vào trong đất. Mặt khác do hình khối
của phế thải, nên chúng chiếm thể tích lớn, vì vậy nếu chôn lấp chúng có thể làm phá vỡ
cấu trúc của bãi chôn lấp. Nếu sử dụng phương pháp đốt cao su phế thải ở nhiệt độ cao
thì rất khó kiểm soát mức độ gây ô nhiễm môi trường không khí, nước và đất.
Vì vậy, với sự gia tăng về lượng cao su phế thải như hiện nay, thì các loại rác khó phân
hủy như cao su thì việc xử lý, tận dụng cao su phế thải (CSPT) là vấn đề đã được quan
tâm ngay từ khi công nghiệp cao su ra đời, vì vậy đã có nhiều biện pháp được triển khai
trong thực tế để tận dụng CSPT đã được triển khai trên thế giới để tận dụng nguồn
nguyên liệu này hoặc hạn chế đến mức thấp nhất tác động của loại chất thải này đối với
môi trường. Cao su có cấu tạo từ các mạch polyme cao phân tử , dưới tác dụng của nhiệt

độ cao chúng có thể bi ̣phân hủy trở thành các mạch hydrocacbon nhỏ hơn thay thế cho
các phương pháp xử lý truyền thống như chôn lấp, đốt đang gặp nhiều vấn đề liên quan
đến ô nhiễm môi trường. Đồng thời, nếu tận dụng được các sản phẩm của quá trình phân

4


hủy nhiệt cao su , có thể thu được một nguồn nhiên liệu lớn, đáp ứng đươc ̣ môṭ phần nhu
cầu nhiên liệu hiêṇ nay.
Những biện pháp đã và đang thực hiện như: Sử dụng lại trực tiếp các sản phẩm cao su
bằng cách chỉnh sửa các khuyết tận, hoặc làm vật liệu gia cố bờ biển để chống sói lở, ăn
mòn; Sử dụng trực tiếp làm nhiên liệu: cho công nghiệp xi măng, gốm, sứ; sản xuất năng

lượng. Sử dụng làm nguyên liệu cho công nghiêp cao su, chất dẻo thông qua các biện
pháp nghiền hoặc mài tạo bột để làm nguyên liệu chế tạo vật liệu polyme blend với các
loại cao su nguyên sinh hoặc nhựa nhiệt dẻo, làm độn trong bê tông để tăng khả năng
chống thấm nước hoặc làm vật liệu xốp…; Sơ chế bằng nhiệt cơ nhiệt, cơ hoá để cắt cầu
nối và ngắt mạch tạo ra vật liệu tái sinh ; Nhiệt phân để thu hồi kim loại, tro và
hydrocacbon .
Để thu hồi các loại nhiên liệu lỏng hoặc khí người ta sơ chế cao su phế thải ở dạng bột
rồi nhiệt phân ở nhiệt độ 350oC - 900oC. và như vậy chỉ còn một lượng nhỏ CSPT đem
chôn lấp. Việc xử lý, tận dụng CSPT mới chỉ được thực hiện ở một vài đơn vị với quy mô
nhỏ. Đây không chỉ là nguy cơ lớn đối với môi trường mà còn là một sự lãng phí về tài
nguyên.
Vì vậy, để giải quyết phần nào vấn nạn trên trong khuôn khổ đồ án, em xin được làm đề

tài thiết kế thiết bị nhiệt phân lốp xe thải thu hồi nhiên liệu lỏng với công suất 5 tấn/ngày.

5


CHƯƠNG I :
1.1.

TỔNG QUAN

Tổng quan về cao su [8]

Cao su là hợp chất cao phân tử mà mạch phân tử của nó có chiều dài lớn hơn rất nhiều
so với chiều rộng và được cấu tạo từ một loại hoặc nhiều loại mắt xích có cấu tạo hoá học
khác nhau được lặp đi lặp lại nhiều lần. Cao su là loại vật liệu có tính chất vô cùng quý
giá. Khác với các vật thể rắn, cao su có độ bền cơ học thấp hơn, nhưng đại lượng biến
dạng đàn hồi lớn hơn nhiều lần. Khác với các chất lỏng được đặc trưng bởi độ bền cơ học
rất nhỏ và đại lượng biến dạng chảy nhớt không thuận nghịch lớn, cao su trong nhiều lĩnh
vực được sử dụng như một vật liệu chịu lực có đại lượng biến dạng đàn hồi nhỏ. Hỗn hợp
cao su là một hệ thống dị thể nhiều cấu tử. Cũng như các hệ thống hoá học khác, các tính
chất cơ, lý, hoá đặc trưng cho hợp phần cao su phụ thuộc vào bản chất hoá học các cấu
tạo, kích thước hay mức độ phân tán các cấu tử trong khối cao su. Độ bền nhiệt của cao
su phụ thuộc chủ yếu vào năng lượng liên kết các nguyên tố hình thành trong mạch
chính. Năng lượng liên kết càng cao, độ bền nhiệt cao su càng lớn, cao su càng có khả

năng làm việc ở nhiệt độ cao.
Cấu tạo thành phần của cao su phụ thuộc vào bản chất các liên kết tạo nên mạch chính.
Các liên kết không phân cực hình thành các các mạch phân tử có cấu trúc thẳng. Các liên
kết phân cực hình thành các mạch phân tử có cấu trúc lò xo. Lực tác dụng tương hỗ giữa
các phân tử, các nhóm thế của mạch đại phân tử mà đại lượng để đánh giá nó là mật độ
năng lượng liên kết dính nội gây ảnh hưởng rất lớn đến độ trương và hoà tan cao su vào
các loại dung môi hữu cơ. Mặt khác, sự phụ thuộc vào lực tác dụng tương hỗ giữa các
phân tử đàn tính của vật liệu thay đổi khi nhiệt độ thay đổi, đàn tính của cao su giảm
nhanh khi nhiệt độ giảm. Tính chất của cao su cũng được tổng hợp từ một loại monome
như nhau có thể khác nhau phụ thuộc vào thứ tự, vị trí sắp xếp chúng trong không gian.
Hiện nay có rất nhiều loại cao su và chúng được phân loại theo nhiều cách khác nhau.
Nhưng nhìn chung cao su được phân loại theo nguồn gốc sản xuất và lĩnh vực sử dụng.

6


1.1.1. Cao su thiên nhiên
Cao su tự nhiên hay cao su thiên nhiên là loại vật liệu được sản xuất từ mủ cây cao su
(Hevea brasiliensis) của họ Đại kích (Euphorbiaceae).
Những người dân Nam Mỹ là những người đầu tiên phát hiện và sử dụng cao su tự nhiên
ở thế kỷ 16. Henry Wickham hái hàng ngàn hạt ở Brasil vào năm 1876 và mang những
hạt đó đến Kew Gardens (Anh) cho nảy mầm. Các cây con được gửi đến Colombo,
Indonesia, và Singapore. Ngoài cây cao su, các loại cây khác có thể cho mủ là đa búp đỏ
(Ficuselastica), các cây đại kích, và bồ công anh thông thường. Nói chung, cây cao su
trên thế giới thuộc vào 5 họ thực vật sau: Euphorbiaceae, Moraceae, Apocynaceae,

Asclepiadaceae Composeae.
Tuy các loài thực vật này chưa bao giờ là nguồn cao su quan trọng, Đức đã sử dụng
những cây đó trong Thế chiến II khi nguồn cung cấp cao su bị cắt. Mủ cao su thiên nhiên
là dạng nhũ tương trong nước của các hạt cao su với hàm lượng phần khô từ 28%-40%.
Kích thước hạt cao su rất nhỏ, cỡ khoảng 0,05-3μm và có hình quả trứng gà. Trong 1 gam
mủ cao su với hàm lượng phần khô 40% có 5000 hạt với đường kính trung bình 0,26μm,
tất cả các hạt này đều ở trạng thái chuyển động Browner.
Cấu tạo hóa học
Về mặt hóa học, cao su thiên nhiên là polyisopren - polyme của isopren.

Mạch đại phân tử của cao su thiên nhiên được hình thành từ các mắt xích isopren đồng
phân cis liên kết với nhau ở vị trí 1,4.

7


Ngoài đồng phân cis 1,4 thì trong cao su thiên nhiên còn có khoảng 2% mắt xích liên
kết với nhau ở vị trí 3,4. Ngoài ra, cao su có nguồn gốc từ nhựa cây Gutapertra được hình
thành từ polyme của isopren đồng phân trans 1,4. Cao su tự nhiên ở nhiệt độ thấp có cấu
trúc tinh thể, nóng chảy ở 40oC. Quá trình nóng chảy các cấu trúc tinh thể của cao su tự
nhiên xảy ra với hiện tượng hấp thụ nhiệt. Tính chất vật lý của cao su tự nhiên dựa trên
bảng 1.1. Năm 1839, Charles Goodyear (Hoa Kỳ) phát minh ra quá trình lưu hóa cao su.
Chính từ khám phá này mà nền công nghiệp cao su trên thế giới phát triển vượt bậc. Sau
phát minh lưu hóa cao su, kỹ thuật chế biến cao su phát triển mạnh mẽ, do đó nhu cầu

nguyên liệu cao su càng lúc càng cao.

Bảng 1.1: Tính chất vật lý của cao su tự nhiên [8]

8


1.1.2. Cao su tổng hợp
Cao su thiên nhiên là những vật liệu polime vô cùng quan trọng trong kỹ thuật và đời
sống. Tuy nhiên cao su thiên nhiên không đáp ứng đủ nhu cầu ngày càng cao của đời
sống. Hơn nữa cao su thiên nhiên còn có những nhược điểm như khả năng chống dầu
chịu nhiệt kém. Vì vậy các nhà khoa học đã tìm con đường tổng hợp cao su từ các chất

hữu cơ đơn giản bằng phản ứng trùng hợp hay trùng ngưng. Năm 1879, Bouchardt chế
tạo được một loại cao su tổng hợp từ phản ứng trùng hợp isopren trong phòng thí nghiệm.
Các nhà khoa học Anh và Đức sau đó, trong thời gian 1910-1912, phát triển các phương
pháp khác cũng tạo ra chất dẻo từ isopren. Cao su tổng hợp là chất dẻo được con người
chế tạo với chức năng là chất co giãn. Một chất co giãn là vật chất có đặc tính cơ học là
chịu được sức ép thay đổi hình dạng hơn phần lớn các vật chất khác mà vẫn phục hồi
hình dạng cũ. Cao su tổng hợp được dùng thay thế cao su tự nhiên trong rất nhiều ứng
dụng, khi mà những đặc tính ưu việt của nó phát huy tác dụng.
Cao su tổng hợp được tạo ra từ phản ứng trùng ngưng các cấu trúc đơn bao gồm isopren
(2-methyl-1, 3-butadien), 1,3-butadien, cloropren (2-cloro-1,3-butadien) và isobutylen
(methylpropen) với một lượng nhỏ phần trăm isopren cho liên kết chuỗi. Thêm vào đó,
các cấu trúc đơn này có thể trộn với các tỷ lệ mong muốn để tạo phản ứng đồng trùng

hợp mà kết quả là các cấu trúc cao su tổng hợp có các đặc tính vật lý, cơ học và hóa học
khác nhau.

9


Một số loại cao su tổng hợp:
Cao su isopren
Cao su isopren nhận được trong phản ứng trùng hợp 2-metylbutađien-1,3 trong pha khí
hoặc trong dung dịch cacbuahydro no với sự có mặt của xúc tác Li.
Cao su isopren có mạch chính được cấu tạo từ 94-98% có mắt xích ở 1,4-cis isopenten:
CH2

H

CH3

C=C
CH3

CH2
C=C

CH2

…..

CH2

H

Mạch đại phân tử của cao su isopren có cấu tạo gần giống với cấu tạo mạch chính của cao
su tự nhiên nên cao su có tính chất công nghệ và tính chất cơ lý tương đương với các tính
chất của cao su thiên nhiên. Lĩnh vực sử dụng chủ yếu của cao su isopren là môi trường
khí quyển không có dầu như: săm, lốp ôtô, môtô, xe đạp và các sản phẩm công nghiệp
khác.

Cao su Butadien
Cao su butadien được trùng hợp từ 1,3 - butadien trong dung dịch. Cao su butadien có
độ cứng tương đối, có khả năng chống mài mòn cơ học cao nên được dùng để sản xuất
làm việc trong môi trường chịu ma sát và tải trọng ép lớn. Cao su butadien là cao su dân
dụng, có cấu trúc không gian điều hoà. Khối lượng phân tử trung bình 70.000 - 280.000
đơn vị cacbon . Cao su butadien thường được sử dụng để chế tạo mặt lốp ôtô, xe máy,
băng truyền, băng tải, ống bơm nước,…
Cao su Butadien Nitryl
Là sản phẩn đồng trùng hợp của butadien-1,3 và acrylonitryl với sự có mặt của hệ xúc
tác oxy hoá khử persunfit và trietanolamin.
Công thức cấu tạo:

10


Cao su butadien nitryl có cấu trúc không gian điều hoà vì thế nó không điều hoà trong
quá trình biến dạng. tính chất cơ lý tính chất công nghệ của nó phụ thuộc vào hàm lượng
nhóm liti trong đó khả năng chịu môi trường dầu, mỡ, dung môi hữu cơ, tăng cùng với
hàm lượng nhóm acrylolytry. Vì thế nó được ứng dụng để sản xuất các vật liệu chống ăn
mòn của môi trường dầu mỡ, môi trường dễ bị ôxy hoá.

Cao su Butadien Styren
Là sản phẩm đồng trùng hợp 1,3-divinyl với styren trong dung dịch cacbuahydro no với
sự có mặt của liti hữu cơ. Khối lượng phân tử của cao su butadien styren dao động trong

khoảng 150.000 đến 400.000 đơn vị cacbon.
Cao su butadien styren là cao su phân cực tồn tại ở trạng thái vô định hình vì vậy nó
được pha trộn với các loại cao su khác. Cao su butadien styren có độ cứng lớn, khả năng
chống mài mòn tốt nên trong công nghiệp sản xuất săm lốp ôtô cao su butadien styren
được sử dụng làm mặt lốp. Trong công nghệ hoá chất thường dùng cao su butadien styren
để bọc lót các thiết bị chịu tác dụng ăn mòn của các loại axít, bazơ và các loại muối.
Cao su Cloropren
Là cao su phân cực lớn, nguyên tử clo có khả năng phân cực lớn các tác nhân tác dụng
tốt nên cloropren là cao su chịu dầu, chịu tác dụng hoá học tốt. độ bền trong môi trường
dầu mỡ của cao su clopren không kém cao su butadiennitryl. Tuy nhiên trong các dung
môi hữu cơ có nhóm xêton, rượu,...cao su cloropren chịu tốt hơn nên trong công nghiệp
cao su cloropren dùng để bọc lót thiết bị ăn mòn cao su cloropren có độ bền khí hậu lớn,

khả năng phân tán điện tích tốt nên nó được dùng để bọc cáp điện trong công nghiệp
điện, điện tử. Do liên kết phân cực C - Cl lớn nên cao su cloropren có độ bền kết dính
ngoại cao nên nó có thể dùng để sản xuất các loại keo dán khô nhanh ở nhiệt độ thấp.
11


1.1.3. Các chất phối trộn với cao su
Mủ cao su tự nhiên, cao su tổng hợp và chế tạo từ khi chưa được lưu hoá ít được sử
dụng vì chúng không đáp ứng được yêu cầu kĩ thuật và yêu cầu sản xuất vì vậy để tạo cao
su có tính chất cần thiết thì cao su sấy được hỗn luyện với các hợp chất khác. Các hợp
chất này có thể có nguồn gốc vô cơ hoặc hữu cơ, có thể ở dạng hơi hay dạng lỏng và hàm
lượng có thể thay đổi từ rất nhỏ đến rất lớn. Tất cả các chất được phối hợp với cao su

được gọi là chất phối hợp. Phụ thuộc vào tính chất này sử dụng các chất phối hợp trong
cao su được phân thành các loại sau :
- Chất lưu hoá
- Xúc tiến lưu hoá
- Trợ xúc tiến lưu hoá
- Chất phòng lão
- Chất độn
- Chất hoá dẻo
- Chất tạo xốp
- Một số nguyên liệu khác như : phẩm màu …
Ngoài ra người ta còn sử dụng một vài chất khác làm tăng cường tính chất công nghệ của
hợp phần và tạo điều kiện cho các chất phối hợp được phân tán tốt các chất này gọi là

chất phân tán.
Trong quá trình phối trộn cao su, quá trình quan trọng nhất là quá trình lưu hóa. Lưu
hóa là quá trình phản ứng hóa học mà qua đó cao su chuyển từ trạng thái mạch thẳng
sang trạng thái không gian 3 chiều, hình 1.1. Ngay từ buổi đầu tiên, người ta dùng lưu
huỳnh để khâu mạch cao su nên gọi là lưu hóa. Ngoài lưu huỳnh còn có thể dùng một số
chất khác để lưu hóa cao su như selen (Se), peroxit, nhựa lưu hóa,...Sự lưu hóa đã làm
cho cao su bền hơn, dai hơn và đưa cao su trở thành sản phẩm được ứng dụng rộng rãi
trong cuộc sống.

12

Hình 1.1 Phản ứng lưu hóa cao su

Một lốp xe thương mại có thể chứa đến 30 loại cao su tổng hợp, 8 loại cao su tự nhiên
khác nhau, ngoài ra còn có bột đen và có đến 40 loại phụ gia khác nhau. Các loại cao su
chính thường được sử dụng là cao su styrene-butadien, cao su tự nhiên (poly-isoprene) và
cao su poly-butadien. Dưới đây là phần trăm theo khối lượng của một số loại lốp xe
thương mại

13


Bảng 1.2 Thành phần của các loại lốp xe [15]

Các cấu tử

Lốp xe ô tô (wt. %)

Lốp xe tải (wt. %)

Cao su

47

45

Ghi chú
Cao su Styrene-butadiene, cao su
tự nhiên và cao su nitril

Bột đen

21.5

22

Tăng độ bền, chống mài mòn

Kim loại

16.5

21.5

Tăng độ bền, tạo hình dạng

Vải

5.5

-

Dùng để gia cố

Kẽm oxit

1

2

Được sử dụng (với axit stearic) để
kiểm soát quá trình lưu hóa và

tăng cường tính chất vật lý của
cao su

Lưu huỳnh

1

1

liên kết các chuỗi polymer trong
cao su, tăng độ cứng và tránh biến
dạng ở nhiệt độ cao

Phụ gia

7.5

5

Đất sét hoặc silica được sử dụng
để thay thế một phần bột đen

14

Thành phần cấu tạo của lốp xe [12]

-

Bead( vành trong) : Là vòng dây thép chạy quanh chu vi nhỏ của lốp, giữ cho vỏ

-

gắn vào niềng bánh xe, đồng thời giúp cho vỏ cứng cáp hơn
Casing: Là phần dây gai nằm bên trong, giúp tạo hình cho lốp khi được bơm đầy

-

không khí
Belts: Là phần sợi thép chạy quanh lốp xe, trước đây, belts được làm từ dây gai
cotton, dần dần được thay bằng các chất liệu khác như fiberglass, nylon, polyester
– để tăng cường độ bền cho lốp nhưng nay được thay bằng cả sợi thép (steel),

-

chính vì thế thường thấy chữ “ steel – belted” ghi trên thành lốp.
Tread: Là bề mặt bên ngoài, có những đường ren xuyên ngang tiếp xúc với mặt
đường. Cấu hình đường xiên là để tăng độ bám đường. Tread là phần mau mòn

nhất. Có thể điều chỉnh Tread bằng nhiều biện pháp để Tread mòn đều và tăng tuổi
thọ lốp

1.2.

Hiện trạng ô nhiễm cao su phế thải
15


Cùng với sự phát triển ngày càng cao của xã hội, lượng cao su phế thải thải ra môi
trường ngày một nhiều. Điều này đã khiến cho việc xử lý gặp nhiều khó khăn bởi đặc tính
bền với các tác nhân vật lý, hóa học cũng như khó phân hủy trong môi trường chôn lấp

của cao su gây ô nhiễm môi trường.
Tận dụng cao su phế thải (CSPT) là vấn đề đã được quan tâm ngay từ khi công nghiệp
cao su ra đời. Vì vậy đã có nhiều biện pháp được triển khai trong thực tế để tận dụng
CSPT đã được triển khai trên thế giới.
Trên thế giới, gần 1 tỷ lốp xe cho xe ô tô chở khách, xe con, xe tải, xe đường dài được
sản xuất mỗi năm. Và lượng thải thì gần bằng với lượng sản xuất.

1.2.1. Hiện trạng ô nhiễm cao su phế thải trên thế giới
Theo thống kê chưa đầy đủ, chỉ riêng ở Mỹ, mỗi năm có hơn 300 triệu chiếc lốp ô tô
với khối lượng là gần 4,6 triệu tấn được thải ra và hơn 2 tỷ chiếc lốp hiện đang nằm trong
các hố rác, các kho chứa trên khắp cả nước. Còn ở Anh hàng năm có tới 40 triệu lốp phế
thải, 2/3 số lốp đó bị đẩy ra bãi rác hoặc bị thải bỏ trái luật, tạo ra nhiều nguy cơ rất

nghiêm trọng về môi trường và sức khỏe cộng đồng. Theo các báo cáo của hiệp hội các
nhà sản xuất lốp xe của Châu Âu và các sản phẩm cao su (ETRAMA) trong liên minh
châu Âu (thành lập 2009) có 2.621.000 tấn lốp xe được sử dụng tái chế thu hồi 2.494.000
tấn chiếm 95% [16]. Các nước Châu Á có mức thải bỏ ít hơn. Tuy nhiên riêng Nhật Bản
cũng đã có tới gần một triệu tấn phế thải cao su, theo hiệp hội ô tô Nhật Bản lốp xe nhãn
hiệu JATMA mỗi năm bán ra 1,4 tỷ chiếc (2008) , trong đó tái chế được 60% [11]. Các cơ
quan chức năng của Mỹ cảnh báo rằng, cao su phế thải đang nhanh chóng trở thành một
trong những vấn đề môi trường hàng đầu thế giới .
Hằng năm, lượng săm lốp xe phế thải tăng lên đáng kể vì tiêu chuẩn cho sự đi lại của
con người vẫn là các loại xe cơ giới. Cuộc sống càng hiện đại thì nhu cầu cho sự di
chuyển ngày càng tăng thì lốp xe bị vứt bỏ ngày càng nhiều. Một trong những giải pháp
xử lý cao su phế thải ở đây là đốt bỏ chúng. Ở một số nước Đức, Thụy Điển, Mỹ , Nga ,

Ukraina thành lập thí điểm cho nhà máy nhiệt phân từ năm 1995. Hội đồng nhựa Hoa Kỳ
16


cùng với conrad đã chứng minh rằng nhiệt phân là phương pháp hữu hiệu để xử lí chất
thải cao su và plastic. Chỉ riêng ở California 42 triệu lốp xe đã qua sử dụng được thải ra
mỗi năm, và trong đó 75% số lốp này được tái sử dụng, số còn lại là 25% khoảng 10 triệu
lốp xe đang lấp dần các bãi đất trống. Hiện nay California Integrated Waste Management
Board (CIWMB - Ban quản lý chất thải tổng hợp California) đang cố gắng làm số lượng
này bằng việc gom các lốp xe đã thải ra và sử dụng chúng trong việc làm nên các con
đường mới, chuyển đổi các sản phẩm phế thải này vào đường bê tông nhựa cao su hóa [9]

1.2.2. Hiện trạng ô nhiễm cao su phế thải tại Việt Nam
Hiện nay vẫn chưa có bất cứ một thống kê đầy đủ nào về tổng lượng cao su phế thải
hàng năm ở Việt Nam, cũng như tác động của chúng đến môi trường. Tuy nhiên có thể dự
đoán con số này rất lớn khoảng 400.000 tấn cao su phế liệu thải ra mỗi năm, với trên 15
triệu xe gắn máy, 10 triệu xe đạp, gần 500 ngàn xe ô tô, cộng với lợi thế của một vùng
nguyên liệu cao su thiên nhiên rộng lớn, Việt Nam hiện đang được đánh giá là thị trường
đầy tiềm năng của ngành sản xuất săm lốp, đồng thời cũng sẽ là một nguồn thải cao su
phế thải khổng lồ. Trung bình hàng năm, tính riêng cho tỉnh Quảng Nam và thành phố Đà
Nẵng đã thải ra khoảng 228 tấn lốp ô tô cũ, chưa tính đến lốp xe máy hay các loại cao su
phế thải khác [7].
Hiện trạng tái chế cao su nói chung và lốp xe thải nói riêng ở nước ta còn mang tính
chất thủ công, các cơ sở tái chế cao su không nhiều, hoạt động thủ công gây ô nhiễm môi

trường.
Quy định số 798/QD-TTg ngày 25/5/2011 của Thủ tướng Chính phủ phê duyệt chương
trình đầu tư xử lý chất thải rắn giai đoạn 2011-2020 và quy trình nhiệt phân theo TCVN
5939:2005 nhằm đáp ứng nhu cầu tái chế cao su trong nước

1.3.

Các phương pháp xử lý cao su phế thải
17


1.3.1. Phương pháp chôn lấp

Chôn lấp cao su phế thải là phương pháp cổ điển nhất để xử lý cao su phế thải. Tuy vậy,
việc chôn lấp cao su là một biện pháp không mong muốn, do cao su chiếm khối lượng,
thể tích lớn, số lượng cao su cần chôn lấp cũng rất nhiều khiến chúng nhanh chóng lấp
đầy các khu chôn lấp rác thải. Ngoài ra, cao su phế thải có thể tạo thành các “bẫy” lưu
giữ khí metan, tạo thành những “quả bóng khí” có xu hướng di chuyển lên phía bề mặt.
Những “quả bóng khí” này có thể phá vỡ lớp phủ bề mặt, gây ô nhiễm môi trường nước
và không khí xung quanh. Chưa kể đó, cao su với độ bền vốn được coi là tính chất vật lý
ưu việt của nó, sẽ tồn tại rất lâu và khó bị phân hủy. Ngoài ra, quá trình phân hủy yếm khí
cao su trong điều kiện bãi chôn lấp cũng sinh ra nhiều chất độc hại, đặc biệt là khí H2S
sinh ra từ lưu huỳnh dùng trong lưu hóa cao su.

1.3.2. Thiêu đốt cao su phế thải

Đây là phương pháp phổ biến nhất trong việc xử lý cao su phế thải. Cao su có điểm bắt
cháy ở nhiệt độ ít nhất là 400oC và cao su phế thải thường được phân hủy ở nhiệt độ
538oC. Quá trình cháy của cao su khá dễ dàng, nó có nhiệt trị tương đương với dầu FO,
theo tính toán, một lốp xe ô tô thông thường tương đương với 7,5 lít dầu. Phương pháp
thiêu đốt phổ biến hiện naygồm hai phương pháp chủ yếu là thiêu đốt trực tiếp không
kiểm soát và đốt có thu hồi nhiệt.
Hiện quá trình xử lý thiêu đốt vẫn chủ yếu là thiêu đốt không kiểm soát, ngay cả tại
những quốc gia phát triển như Hoa Kỳ, do số lượng lốp xe quá lớn. Các hậu quả về môi
trường khi thiêu đốt lốp xe rất lớn. Năm 1983, việc đốt cao su lộ thiên tại bãi chôn lấp ở
Winchester, Virginia, đã khiến cho vùng xung quanh bị ô nhiễm nặng nề bởi bụi, chì và
asen. Quá trình đốt này còn làm ảnh hưởng nước sinh hoạt 1 quận ở Coloumbia (nước bị
ô nhiễm chì và asen). Các quan chức ước tính chi phí làm sạch 1,3 triệu USD. Đốt lốp xe

phế liệu là một vấn đề gây nguy hiểm đối với sức khỏe. Sự hiểu biết các yếu tố độc hại
của khí thải đốt lốp xe phế liệu là điều cần thiết đối với nhân viên vận hành. Đi kèm với
việc thiêu đốt cao su phế thải, quá trình phát thải độc hại: Khi nâng nhiệt độ đốt cao su sẽ
tạo ra làn khói đen thoát ra ngoài, và càng lên nhiệt độ cao mật độ khói càng dày đặc. Các
18


nghiên cứu về quá trình đốt lốp xe đã xác định một hàm lượng lớn benzo (a) pyrene, chất
gây ung thư và lượng khí thải cao của các hợp chất độc hại khác, đặc biệt là benzen (một
chất gây ung thư được biết đến), với nồng độ thường vượt quá một phần triệu (ppm) bị
phát thải ra ngoài. Đối với quá trình đốt trong lò đốt hoặc trong nồi hơi công nghiệp
nhằm thu hồi nhiệt sản phẩm được tạo ra chủ yếu là: Oxit cacbon, lưu huỳnh nitơ nước,

khí trơ và năng lượng. Những sản phẩm này có thể được sử dụng vào các quá trình khác
nhằm giảm chị phí đốt. Tuy nhiên trong lốp xe thường chứa nhiều hợp chất không phù
hợp tiêu chuẩn, một số chất chưa đốt hoàn toàn, có thể phát ra một làn khói dày đặc, một
loạt các hydrocacbon pyrolytic và tro có thể gây hại cho môi trường và sức khỏe con
người. Ngoài ra, do quá trình lưu hóa của cao su nên quá trình đốt cháy cao su phế thải
sản sinh ra nhiều khí SO2 nên quá trình đốt khá tốn kém và chi phí cho nó khá cao.
Một loạt các sản phẩm phân hủy được tạo ra trong quá trình đốt lốp xe phế liệu bao
gồm tro (carbon, kẽm oxit, titanium dioxide, silicon dioxides…), các hợp chất của lưu
huỳnh (carbon disulfit, sulfur dioxit, hydrogen sulfit), PAH thường được phát hiện trong
dòng chảy dầu (chẳng hạn như benzo (a) pyren, chrysen, vv), và các loại dầu paraffinic
naphthenic, oxit cacbon và nitơ, các hạt bụi và các hydrocacbon thơm khác nhau bao gồm
cả xylen, toluen, benzen, vv. Các sản phẩm phân hủy được mở rộng và đa dạng tùy thuộc

vào một nhiều yếu tố chẳng hạn như loại lốp xe, tỷ lệ, kích thước đống, nhiệt độ môi
trường xung quanh và độ ẩm. Nói chung , chi phí phục hồi sau một giai đoạn lốp xe phế
liệu khá cao.

1.3.3. Tái chế cao su phế thải
Đây được coi là một giải pháp hữu hiệu cho việc giải quyết triệt để vấn đề ô nhiễm cao
su, tuy nhiên, hiện vẫn chưa có một công nghệ tái chế cao su phế thải hoàn thiện. Tại các
nước thuộc liên minh Châu Âu (EU), hiện chỉ có 9% săm lốp xe cao su phế thải được tái
chế lại thành săm lốp xe cao su mới nhưng có phẩm chất kém hơn, 25% được sử dụng
làm nguyên liệu cho xây dựng hoặc các mục đích khác tương tự.
1.3.3.1.

Phục hồi chức năng của cao su:
19


Đây là các phương pháp tái phục hồi các chức năng ban đầu của cao su, các nghiên cứu
trên thế giới tập trung vào việc khử lưu hóa cao su tái chế thành cao su mới dùng như cao
su chưa lưu hóa ban đầu. Các lốp xe ôtô mới có thể được sản xuất với hỗn hợp của cao su
mới và 5 - 10% cao su tái chế. Với lốp xe của các phương tiện như máy xén cỏ và xe đạp,
… là những phương tiện ít chịu tải trọng thì có thể được sản xuất hoàn toàn bằng cao su
tái chế. Một số nghiên cứu gần đây cho thấy cao su tái chế giống hệt như cao su tự nhiên
về trọng lượng phân tử và cấu trúc, vì thế có thể dùng để sản xuất ra sản phẩm mới. Ở
một số công nghệ mới tỷ lệ tái thu hồi đạt 80%, nếu triển khai ở quy mô lớn mà thành

công thì giải pháp tái chế lốp thải sẽ trở nên hiện thực.

1.3.3.2.

Ứng dụng các sản phẩm khác có nguồn gốc từ cao su phế thải

Toàn bộ lốp xe có thể được tái sử dụng trong nhiều cách khác nhau. Một số nhà máy
thép sử dụng lốp xe như là một nguồn carbon thay thế than đá hay than cốc trong sản xuất
thép. Thay vì khai thác than từ mặt đất và sau đó lốp xe chôn lấp ở bãi rác, các lốp xe
được sử dụng trực tiếp. Một số rạn san hô nhân tạo được xây dựng bằng cách sử dụng lốp
xe làm nơi phát triển rặng san hô, tuy còn nhiều tranh cãi trong vấn đề về việc các ô
nhiễm khác có thể phát sinh, nhưng một số dự án ví dụ một dự án The Reef Osborne đã

được triển khai và thu được các kết quả khả quan. Các lốp xe cũ cũng có thể được tái sử
dụng lại thành các sản phẩm giầy dép thời trang, ví dụ như các loại dép săng đan Các lốp
xe có thể được xử lý cơ học và sử dụng như các vật liệu xây dựng đơn giản, như làm các
bức tường che chắn cho các công trình dân sự, làm tấm lót cho một số công trình như tấm
lót tại bãi rác, làm trụ cầu, các vật liệu cách điện, hệ thống thoát nước. Ngoài ra, sau khi
xử lý cơ học, cao su phế thải có thể được nghiền nhỏ và trộn với các loại khác như bitum,
xi măng làm vật liệu làm nền, và xây dựng.

1.3.3.3.

Tái chế cao su phế thải thành dầu
20

Việc tái chế cao su phế thải làm vật liệu xây dựng và khử lưu hóa để tái sử dụng …tuy
có nhiều kết quả tốt nhưng phạm vi ứng dụng hẹp và chưa được áp dụng nhiều. Một quá
trình khác nhằm xử lý cao su phế thải đang được nghiên cứu rộng rãi và có phạm vi ứng
dụng mạnh là quá trình nhiệt phân thành nhiên liệu. Quá trình này có ý nghĩa đặc biệt
quan trọng không chỉ đối với việc giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường mà còn giải
quyết vấn đề tăng nguồn cung cấp nhiên liệu trong bối cảnh nguồn nhiên liệu hóa thạch
đang ngày càng cạn kiệt. Thông thường, quá trình nhiệt phân được tiến hành trong
khoảng nhiệt độ từ 400 – 700oC, sản phẩm thu được bao gồm: dầu nhiên liệu, bột đen,
dây thép (vành đai thép trong lốp xe) và các loại khí hydrocarbon khác. Các loại khí
hydrocarbon và dầu nhiên liệu có thể được sử dụng như một nhiên liệu cho nguồn nhiệt

được sử dụng trong quá trình nhiệt phân, giảm chi phí sản xuất. Sản phẩm dầu thu được
có chất lượng gần tương đương với dầu FO thương phẩm. Cacbon đen là cặn của quá
trình sản xuất có thể được sử dụng vào nhiều mục đích, ngoài ra, sản phẩm của quá trình
xử lý còn có thép có giá trị cao.
Bảng 1.3 Kết quả phân tích nguyên tố sản phẩm thu được từ quá trình nhiệt phân
lốp xe [20]
Phân tích nguyên tố %

Dầu nhiệt phân từ lốp

Dầu diesel

C (carbon)

83

86

H (hydrogen)

7,6

12,8

N

0,3

-

O (oxy)

8,57

-

S (lưu huỳnh)

0,5

0,5

Nhiệt trị (MJ/kg)

43,41

45,6

Tỷ trọng ở 15oC

0,9258

0,78

2.1.

Cơ sở phương pháp nhiệt phân [17]

21

Quá trình nhiệt phân là quá trình phá mạch dưới tác dụng của nhiệt độ cao và ở điều
kiện áp suất thấp. Quá trình này nhằm mục đích thu các loại hydrocacbon không no làm
nguyên liệu cho tổng hợp hoá học. Các loại polyme cao phân tử (cao su) khi đốt nóng sẽ
chuyển từ trạng thái rắn sang trạng thái mềm cao, sau đó nếu đốt nóng tiếp tục sẽ chuyển
sang trạng thái chảy nhớt, quá trình chảy lỏng nếu ta cấp nhiệt tiếp thì sẽ xảy ra quá trình
phân huỷ, khi đó mạch polyme dài sẽ bị bẻ gãy thành những phần nhỏ hơn như: thành
từng đoạn, phần, hay nhỏ hơn nữa mạch polyme sẽ bị phân huỷ thành các phân tử: CH 4,
HCl, H2S, C2H6, CmHn, CO2, H2, phần nhiều sản phẩm tạo ra là olefin,...
Khi những thành phần của lốp xe được đốt nóng lên ở trong thiết bị nhiệt phân, quá
trình nhiệt phân chỉ xảy ra khi đạt tới một điều kiện nhất định đối với các chất trong lốp
xe. Quá trình nhiệt phân xảy ra trải qua hai giai đoạn là sự nhiệt phân và giai đoạn hai là

cracking thứ cấp. Động học nhiệt phân là bao gồm sự tỏa nhiệt và sự bay hơi nhiệt của
những sản phẩm nhiệt phân và sự phân tán bằng nhiệt của những polime hữu cơ. qua sự
nghiên cứu của quá trình nhiệt phân cho ta biết được các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình
nhiệt phân là : nhiệt độ , thời gian duy trì của chất bay hơi tại tại khu vực phản ứng và áp
suất của khí quyển tại thời điểm phản ứng. Để thu được lượng dầu thu được thì thường ở
nhiệt độ dưới 500°C và chất rắn được dùng để làm than hoạt tính thì thu được từ khoảng
nhiệt độ tăng từ 300 đến 720°C. Năng suất của quá trình nhiệt phân thì được quyết định
bởi khí mang ( khí thay thế cho không khí trong quá trình nhiệt phân). Ví dụ như việc sử
dụng nước bốc hơi ta sẽ thu được hàm lượng sunfua lưu huỳnh thấp hơn rất nhiều, còn
muội than thì thu được hàm lượng lưu huỳnh cao hơn (2,5%). Còn riêng đối với khí mang
là N2 , H2 và khí quyển thì thu được ngược lại.
2.2. Đặc điểm nhiệt động học và động học các phản ứng chính xảy ra dưới tác dụng

của nhiệt
Các hydrocacbon nằm trong dầu mỏ và các 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 học khác nhau và với tốc độ khác
nhau. Yếu tố nhiệt độ là yếu tố chủ yêú ảnh hưởng lên chiều phản ứng, tốc độ phản ứng
22


và độ sâu chuyển hoá. Nghiên cứu nhiệt động học và động học có thể xác định được mức
độ chuyển hóa, hóa học của nguyên liệu đầu đến khi đạt cân bằng (tức là có thể xác định
được hiệu suất các sản phẩm của phản ứng).
2.2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nhiệt phân

Trong quá trình chuyển hóa dưới tác dụng của nhiệt thì hiệu suất và chất lượng của các
sản phẩm tạo thành đều phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau nhưng cơ bản là các yếu tố
nhiệt độ, thời gian phản ứng và chất lượng của nguyên liệu.
2.2.1.1. Nhiệt độ, áp suất và thời gian lưu
Yếu tố nhiệt độ và thời gian lưu nguyên liệu trong vùng phản ứng ảnh hưởng trực tiếp
lên hiệu suất và chất lượng của sản phẩm. Định hướng của nhiệt độ lên quá trình nhiệt
phân là yếu tố ảnh hưởng trực tiếp lên : Tốc độ phân hủy, trạng thái pha của nguyên liệu
và sản phẩm: qúa trình nhiệt gồm tổng hợp các phản ứng phân hủy và trùng hợp phụ
thuộc vào điều kiện nhiệt độ và thành phần của nguyên liệu xảy ra loại phản ứng nào trội
hơn. Ta thấy rằng ở điều kiện nhiệt độ cao phản ứng phân hủy lại chiếm ưu thế hơn, khi
mà tăng nhiệt độ của quá trình thì tốc độ phản ứng của hai loại trên đều tăng. Nhưng mức
độ tăng phản ứng phân hủy tăng nhanh hơn tốc độ phản ứng trùng hợp. Theo định luật

Vant-hoff: tốc độ phản ứng hoá học tăng lên 2÷4 lần khi tăng nhiệt độ lên 10oC. Qua thực
nghiệm cho thấy rằng đối với các phản ứng của quá trình nhiệt phân chỉ áp dụng đúng
trong giới hạn nhiệt độ xác định gọi là gradient của tốc độ phản ứng . Vì vậy đối với
mỗi dạng nguyên liệu khác nhau ta cần nghiên cứu để chọn nhiệt độ tối ưu của quá trình.
Trong các quá trình nhiệt phân, cốc chủ yếu được tạo thành và lắng đọng ở vùng nhiệt độ
vừa phải chứ không ở vùng nhiệt độ tối đa.
Nhiệt độ còn là yếu tố xác định trạng thái pha cho nguyên liệu và sản phẩm của quá
trình. Đối với nguyên liệu phân đoạn chưng cất nhẹ, khi nhiệt độ của qúa trình cao hơn
nhiệt độ để bay hơi hoàn toàn của nguyên liệu, thì trong vùng phản ứng nguyên liệu và
sản phẩm của phản ứng nằm ở trạng thái hỗn hợp cả pha lỏng và pha hơi. Nếu nhiệt độ
càng cao thì pha hơi càng nhiều hơn và thể tích riêng phần hỗn hợp phản ứng ngày càng
tăng (m3/kg).

23


Các nghiên cứu về quá trình phân hủy nhiệt cao su thông qua phổ DTG (Differential
thermal analysis) cho thấy thứ tự các quá trình nhiệt phân cao su. Theo đó, từ 200 –
325oC diễn ra quá trình phân hủy dầu, chất hóa dẻo và phụ gia; từ 325 – 400 oC diễn ra
quá trình phân hủy cao su isoprene (cao su tự nhiên), và cuối cùng là từ 400 – 500 oC cao
su polybutadien và butadienstyren bị phân hủy [23]. Ở nhiệt độ trên 500oC, quá trình
phân hủy diễn ra hoàn toàn, kết quả nghiên cứu cho thấy không có sự thay đổi khối lượng
cao su phế thải trong khoảng nhiệt độ này.
Vậy quá trình nhiệt phân thường tiến hành ở 450oC sẽ thu C thu được lượng dầu tối đa.
Nếu nhiệt độ nhỏ hơn 4500C phản ứng phân hủy chưa triệt để, còn nhiệt độ lớn hơn 4500

C sẽ tạo nhiều sản phẩm khí. Do sản phẩm không bền nhiệt, dễ bị tái trùng hợp nên quá
trình nhiệt phân sẽ được tiến hành dưới áp suất thấp nhờ mấy hút chân không.
2.2.1.2. Nguyên liệu
Chất lượng nguyên liệu, mà cụ thể ở đây là chất lượng cao su phế thải đầu vào, là một
thông số quan trọng xác định chất lượng sản phẩm. Khi điều kiện nhiệt phân không thay
đổi, nếu ta dùng nguyên liệu có thành phần cất khác nhau sẽ cho ta kết quả khác nhau.
Khi tăng giới hạn nhiệt độ sôi của nguyên liệu, tốc độ phản ứng cũng tăng lên. Điều này
có thể giải thích bởi độ bền nhiệt của các hydrocacbon trong nguyên liệu. Khi giới hạn
nhiệt độ sôi của nguyên liệu tăng có nghĩa là hàm lượng các hydrocacbon parafin có
trọng lượng phân tử cao tăng và hàm lượng hydrocacbon thơm có mạch parafin ở cạnh
sườn dài tăng, những hydrocacbon có độ bền nhiệt kém dễ bị phân hủy hơn so với
hydrocacbon có trọng lượng phân tử thấp. Nguyên liệu càng có giới hạn sôi tăng (càng

nặng) thì độ bền nhiệt của nguyên liệu càng kém, quá trình phân hủy xảy ra càng dễ hơn,
như vậy tốc độ phản ứng phân hủy xảy ra càng mạnh, và cho ta hiệu suất dầu thu được
càng cao.
Nếu quá trình nhiệt phân xảy ra ở điều kiện nhiệt độ vừa phải thì sự phân hủy xảy ra để
thay đổi cấu trúc rất ít, như khi nhiệt nguyên liệu mang đặc tính parafin rắn thì sản phẩm
thu được chủ yếu có thành phần parafin và olefin mạch thẳng.
24


2.3. Giới thiệu về phản ứng cracking xúc tác
2.3.1. Tổng quan cơ chế xúc tác và vai trò của xúc tác
Chất xúc tác là chất có tác dụng làm biến đổi mãnhh liệt tốc độ phản ứng hoặc gây nên

phản ứng nếu phản ứ ng đó, về nguyên tắc có thể thực hiện được (∆G<0) và sau phản ứng
sẽ không biến đổi về chất và lượng [4]. Những chất xúc tác xúc tiến quá trình xẩy ra
nhanh hơn gọi là chất xúc tác dương. Ngươc ̣ laị những chất xúc tác làm cho quá trình xẩy
ra chậm lại gọi là chất xúc tác âm hoặc chất ức chế.
Trong kỹ thuật hiện đại, chất xúc tác dương được sử dụng rất rộng rãi . Ví dụ như trong
các quá trình tổng hợp amoniac , sản xuất cao su , chất dẻo, hóa dầu ... Tuy nhiên chất
xúc tác âm cũng được sử dụng để hạn chế những phản ứng có hại , ví dụ như trong việc
bảo quản dầu và những chất khác khỏi bị oxi hóa hoặc chống ăn mòn kim loại .... Quá
trình làm biến đổi tốc độ của phản ứng nhờ chất xúc tác được gọi là quá trình xúc tác .
Người ta phân biệt quá trình xúc tác đồng thể với quá trình xúc tác dị thể . Khi chất xúc
tác và hỗn hợp phản ứng tạo thành một hệ ̣ đồng nhất khí hay lỏng , quá trình được gọi là
xúc tác đồng thể. Khi chất xúc tác không tạo thành với hỗn hợp phản ứng một hệ đồng

nhất , quá trình được gọi là xúc tác dị thể.
Một đặc điểm quan trọng của chất xúc tác là lượng chất xúc tác bé hơn rất nhiều so với
lượng chất muốn phản ứng và không biến đổi sau khí phản ứng [7]. Chẳng hạn như 1 kg
muội kim loại platin và rodi có khả năng xúc tác cho quá trình oxi hóa 1 triệu kg amoniac
thành nitơ oxit.
Cơ chế xúc tác: Nghiên cứ u những phản ứ ng xẩy ra khi có chất xúc tác và khi không
có chất xúc tác nhận thấy rằng tác dụng của chất xúc tác dương chủ yếu là làm giảm năng
lượng hoạt hóa của phản ứng bằng cách làm biến đổi cơ chế của quá trình phản ứng [7].
Để dễ hình dung điều đó , chúng ta xét phản ứng tổng quát sau đây:
A + B  A...B (phức chất hoạt động)  AB
Vì phản ứng này có năng lượng hoạt hóa Eh cao nên tốc đô c ̣ ủa nó rất bé và thực tế
bằng không. Xúc tác có khả năng làm giảm năng lượng hoạt hóa của phản ứng, từ đó dẫn

đến tăng tốc độ phản ứng. Ví dụ khi có mặt xúc tác ở 400°C đến 500°C, các hydrocacbon
25