CHƯƠNG 1: TONG QUAN 1. MỘT SỐ KHÁI NIỆM VẺ NHỰA “Chất déo” (plastics) là tên gọi chung cho nhóm các vật liệu tổng hợp hoặc tự nhiên chứa các chuỗi cao phân tử. Thông thường các khái niệm “chất dẻo”, “polyme” hay “nhựa” được sử dụng gần như tương đương nhau. Chất dẻo là các polyme có thành phân là tổ hợp của Cacbon với Oxy, Hydro, Nitơ và các nguyên tố vô cơ hoặc hữu co; có trạng thái cuỗi là ran; dưới tác dụng của nhiệt, ap suất nó tổn tại ở dạng lỏng, do đó có thể tạo thành sản phẩm có nhiều hình dạng khác nhau tùy thuộc vào ứng đụng”.
[1] Chất dẻo được chế tạo từ các monome. Nghĩa là nó là một khối có cấu trúc lặp đi lặp lại các đơn phân tử, được tạo ra nhờ nhiều quá trình hóa học khác nhau như: - Qua trình trùng hợp các monome (cùng loại hoặc khác loại) sử dụng xúc tác hoặc peroxyt làm chất khơi mào. Ví dụ: trùng hợp etylen, propylen hoặc đồng trùng hợp butadien + styren. - Qua trình đa trùng ngưng các monome khác nhau.
Vi du: các axit hữu co lưỡng chức với cồn hoặc các amin. - Qua trình cộng hợp các đơn phân hoạt động. Trong các quá trình trên thì sản phẩm từ quá trình trùng hợp các monome là nguồn nguyên liệu hấp dẫn cho các quá trình nhiệt phân. Các monome quan trọng là etylen, propylen, butadien có độ tỉnh khiết rất cao.
Ba sản phẩm này thu được từ quá trình cracking nhiệt hay nhiệt phân naphtha, gasoil nhẹ hoặc LPG (propan và butan) và được tinh chế ở nhiệt độ thấp, áp suất cao, tạo thành các hóa chất có độ tỉnh khiết cao. Một điều quan trọng cần phải cân nhắc trong thực tiễn đó là khi cho thêm các nguyên tử khác loại vào monome như Clo trong monome Vinyl Clorua sẽ gây khó khăn cho các quá trình nhiệt phân và quá trình tách loại nhựa phé thai bằng các phương pháp cơ học (là giai đoạn tiền xử lý của quá trình nhiệt phân) như tuyển chim/néi, tuyến nổi bọt, tach sau khi đã định tính dựa trên quang phổ thu/phát hoặc phân loại tĩnh điện sau khi nạp điện ma sat. Trước khi tạo thành các sản phẩm, chất dẻo hầu như đều được pha thêm các phụ gia khác nhau về đặc tinh và thành phan. Những phụ gia này được cho vào dé tăng cường khả nang gia công, tang độ ôn định và các đặc tính cơ học khác, tùy thuộc vào ứng dụng định trước.
Những loại phụ gia thường được sử dụng là: - Chat chống oxy hóa (1%) - Chat ôn định nhiệt và ôn định quang (5%) - Chat làm đẻo (40%) - Chat làm tăng khả năng chịu va đập (10%) - Chat tạo màu (5%) - Chat làm chậm quá trình cháy (15%) - Chat chống mốc. - Chat tạo độ xốp (2%) - Chat làm day (40%) (Con số đi kèm trên đây là lượng tối đa được cho vào theo thống kê, tính theo % khối lượng) Các phụ gia khác được dùng là chất chống tạo khối, chất làm trong, chất chống tĩnh điện, chất ôn định sinh học, chất tạo khí hóa học, chất lưu hóa, phụ gia làm tăng độ bên trùng hợp và phụ gia gia công, chất bôi trơn, chất khử hoạt tính kim loại, chất làm sáng quang hoc, chất biến tinh, chất cường hóa, chất hạn chế tạo van và dư huy (phát quang còn du), chất thắm ướt. Sự có mặt của những chất này, cũng như các hóa chất khác được sử dụng trong giai đoạn đầu và cuối của quá trình trùng hop là một nhân tố phức tap trong tái chế nguyên vật liệu (còn gọi là tái chế hóa học) và quá trình nhiệt phân nhựa phế thải. Sự phức tạp này gây ra do đặc tính, hàm lượng và tác động của các phụ gia này tới quá trình nhiệt phân.
Các anh hưởng đến sản phẩm của phản ứng và máy móc là tương đối khó đoán biết, đặc biệt với các loại nhựa phế thải không rõ nguồn gốc và thành phan. Người ta phân loại chất dẻo dia trên nhiều tiêu chí. Ví dụ: - Thanh phan hóa học: Liên quan trực tiếp tới đặc tính của monome và phương pháp trùng hợp. Theo đó chất dẻo lại được chia nhỏ ra thành các loại khác như: polyme của các olefin, của vinyl, của styren, của các amit, este, nhựa epoxy, polyme của các Cacbonat, của Uretan.
- _ Cấu trúc hóa học: Vi dụ: cấu trúc thăng (như polyetylen đặc), cầu trúc nhánh (polyetylen loãng), mạng lưới liên kết ngang và ba chiều (chất dẻo nhiệt rắn, cao su). - Độ cứng: dan hồi được, dẻo, cứng. - Ung dụng: chất dẻo dùng trong dân dung hay kỹ thuật, chất déo thông thường hay chuyên biệt. - Phuong pháp gia công: đúc khuôn kiểu phụt, ép trồi, thôi màng, đúc thôi, ép nóng, đúc, cán láng.
và nhiều công nghệ khác. TINH HINH SAN XUẤT VÀ TÁC ĐỘNG CUA NHỰA THAI DOI VỚI MÔI TRƯỜNG 1. Tình hình sản xuất nhựa Nhựa được xem như là một trong những phát hiện vĩ đại nhất của thiên niên kỷ. Thật vậy, đây là một loại vật liệu không thé thiếu của cuộc sống hiện đại và được sử dụng phô biến trong tất cả các lĩnh vực sản xuất cũng như trong sinh hoạt hàng ngày.
San lượng nhựa trên thế giới đã tăng trưởng 10%/năm ké từ 1950. Từ năm 1950 đến năm 2006, sản lượng nhựa tăng từ 1,3 triệu tan lễn 245 triệu tấn. Hang năm, thé gidi sản xuất hơn 150 triệu tấn nhựa va mức tiêu thụ đầu người ở các nước dao động trong khoảng 60-100kg/người/năm. Đối với các nước đang phát triển, mặc du mức tiêu thụ sản phẩm nhựa tính trên đầu người thấp hơn các nước phát triển, nhưng tổng sản lượng sản xuất cũng rất đáng kế.
Tính trung bình năm 2000, Trung Quốc đã tiêu thụ 16 triệu tấn Plastic, đứng thứ 5 trên thế giới chỉ sau Mỹ, Đức, Nhật, Nam Triều Tiên. [2] 160 140 120 Nam 1980 = NS 100 I Năm 2000 30 = Năm 2010 60 40 _ © 2 ,@ & 4 Be sẽ @ cà k # a sy KS ec @ .° xC we «{° Hình 1. Lượng nhựa tiêu thụ bình quân đầu người trên toàn cầu Số liệu thống kê mức tiêu thụ nhựa bình quân đầu người của một số khu vực trên thế giới năm từ năm 1980 - 2010 cho thấy lượng nhựa tiêu thụ tăng nhanh theo thời gian. Khu vực các nước phát triển tiêu thụ khối lượng nhựa vượt trội khu vực các nước chậm phát triển.
Tại Việt Nam, sản lượng nhựa trong những năm gần đây tăng mạnh là do nhu cầu xã hội về sản phẩm này ngày càng lớn cũng như thị hiéu đa dang hóa mẫu mã và nâng cao mức độ tiện ích của đồ dùng gia dụng, tính năng của một số sản phẩm nhựa công nghiệp bên và rẻ. Chỉ số dẻo sản xuất được tính trên đầu người Việt Nam thấp hơn nhiều so với các nước khác trên thế giới, năm 1996 là 5,58kg/người, năm 2000 là 11,57kg/người, năm 2005 là 14kg/ người, đến năm 2010 là 30kg/ người. Hiện nay Việt Nam phải nhập gan như 100% nguyên vật liệu, nhập 40% loại nguyên liệu chính va hàng trăm hóa chất, các loại nguyên vật liệu phụ trợ. Một số tác động của quá trình phát sinh chất thải nhựa Sự phát triển vượt bậc của các ngành sản xuất và chế bién các sản phẩm làm từ nhựa đã góp phan phát triển kinh tế.
Tuy nhiên hậu quả mang lại từ việc nhu cầu sử dụng các sản phẩm từ nhựa tăng cao đã làm gia tăng mức độ nhiễm môi trường do lượng chất thải nhựa tích tụ ngày càng lớn, thêm vào đó đặc trưng của dạng chất thải này là rất khó phân hủy sinh học vì thế nó sẽ tồn tại trong môi trường một thời gian dài. Tại châu Âu, hơn 250 triệu tấn chất thải rắn được được thải ra mỗi năm, với mức tăng trưởng hàng năm là 3%. Trong năm 1990, trên thế giới trung bình mỗi người thải ra 250 kg chất thải ran, con số này đã tăng gấp đôi sau mười năm và tong lượng chất thai ran đạt mức 2,3 tỉ tan. Tại Mỹ, lượng nhựa thải đã tăng từ 11% vào năm 2002 lên 12,1% trong năm 2007 tính trên tổng lượng chất thải rắn.
Tại Anh, các nghiên cứu gần đây cho thay lượng nhựa thải đã tăng thêm 7% trong dòng thải ran [3]. Tại Việt Nam, theo báo cáo môi trường quốc gia năm 2011 về chất thải răn, khối lượng chất thải rắn sinh hoạt thải ra cao nhất tại 2 đô thị loại đặc biệt là Hà nội và TpHCM lần lượt là 6500 và 7081 tan/ngay, trong đó nhựa thải chiếm 8 — 16% tổng khỗi lượng chất thải rắn sinh hoạt, có nghĩa là khối lượng xả chất thải nhựa có thé lên đến trên 1000 tan/ngay [4]. Những số liệu thống kê sơ bộ cho thấy chất thải nhựa đang tăng nhanh về lượng và chủng loại. TINH HINH NGHIÊN CỨU VA UNG DUNG QUA TRINH NHIỆT PHAN NHUA TREN THE GIỚI VA TAI VIET NAM Hiện nay dé lam giảm tác động của rác thai nhựa đối với môi trường, đa số các quy trình quản lý tuân theo thứ tự như sau: hạn chế thải loại đến mức thấp nhất, tái sử dụng các sản phẩm, tái chế thành nguồn nguyên - nhiên liệu, chuyển hóa thành năng lượng (chất đốt), chôn lấp [5].
Tuy nhiên việc hạn chế thải loại và tái sử dụng các sản phẩm gặp rất nhiều hạn chế do phụ thuộc nhiều điều kiện như chủng loại sản phẩm, mục đích sử dụng và khả năng tái sử dụng của sản phẩm. Ngoài ra sự gia tăng lượng chất thải nhựa còn làm tăng diện tích các bãi chôn lấp, thu hẹp đáng kể diện tích đất sử dụng cho các mục đích khác. Vì thế giải pháp tái chế và chuyển hóa thành năng lượng là lựa chọn thích hợp để hạn chế mức độ xả thải. Đối với giải pháp chuyên hóa thành năng lượng, lượng chất thải được sử dụng làm nguồn chất đốt để cung cấp nhiệt lượng cho các quá trình sản suất, đây là nguồn cung cấp năng lượng rất lớn được đánh giá tương đương với dau và gấp hai lần nhiệt lượng của than.
Nhưng hiện nay giải pháp này bị hạn chế sử dụng do quá trình đốt làm sản sinh ra các hợp chất hữu cơ làm tái ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người. Để giải quyết van dé trên, sự lựa chọn thích hợp nhất để xử lý lượng rác thải nhựa hiện nay là giải pháp tái chế. Giải pháp này thông qua các phương pháp cơ học, phương pháp hóa học dé chuyên hóa nguồn nhựa thải trở thành các nguồn nguyên liệu nhựa thô hay các nguồn nhiên liệu thay thế xăng, dau, [5] .điều này không những giảm thiểu tác động xấu đến môi trường mà còn mang lại những lợi ích về kinh tế cho xã hội.