LINK TẢI LUẬN VĂN MIỄN PHÍ CHO AE KET-NOI
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................1
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NHỰA PET.............................................................4 1.1 Giới thiệu về nhựa PET ..........................................................................................4 1.1.1 Cấu trúc và hình thái phân tử của nhựa PET......................................................4 1.1.2 Phương trình tổng hợp ........................................................................................ 5 1.1.3 Tính chất của PET ...............................................................................................6 1.1.4 Ứng dụng của PET ..............................................................................................9 1.2 Các phương pháp tái chế PET ..............................................................................12 1.2.1 Bốn phương pháp tái chế hiện nay ................................................................... 12 1.2.2 Lựa chọn phương pháp tái chế cho bài nghiên cứu ......................................... 14 1.3 Phương pháp nghiên cứu ......................................................................................15 1.3.1 Quá trình thủy phân PET trong môi trường acid bằng MW ............................ 15 1.3.2 Cơ chế phát vi sóng ảnh hưởng đến cấu trúc PET ........................................... 16 1.3.3 . Các phương pháp định tính .............................................................................16 CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM ................... 20 2.1Thiếtbị,dụng cụvàhóachất..............................................................................20 2.1.1 Thiết bị và công cụ ........................................................................................... 20 2.1.2 Hóa chất ............................................................................................................ 21 2.2 Quy trình thực hiện ...............................................................................................22 2.2.1 Sơ đồ quy trình ..................................................................................................22 2.2.2 Giải thích sơ đồ ................................................................................................. 23 2.2.3 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất thu hồi TPA .........................26 2.2.4 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ HCl đến hiệu suất thu hồi TPA .................. 27 2.2.5 Định tính lại TPA ..............................................................................................27
CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................. 28 3.1 Kiểm tra nguyên liệu PET ....................................................................................28 3.2 Phản ứng thủy phân trong môi trường acid ......................................................... 29 3.3 Ảnh hưởng của thời gian đến việc thu hồi PET ...................................................32 3.4 .Ảnh hưởng của nồng độ acid HCl đến việc thủy phân PET .............................. 34 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................... 36 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................. 37
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Công thức cấu tạo của Polyetylene Terephthalate ...........................................4
Hình 1.2. Cấu trúc PET [1] .............................................................................................. 4
Hình 1.3. Sơ đồ phản ứng tổng hợp PET. BHET đầu tiên được hình thành từ phản ứng của (a) TPA và EG, hay (b) DMT và EG, và (c) cuối cùng được polyme hóa thành PET [2] ..............................................................................................................................5
Hình 1.4. Quá trình thủy phân của PET dưới xúc tác acid..............................................8 Hình 1.5. Cơ chế thủy phân PET [4]................................................................................9 Hình 1.6. Cơ chế thủy phân PET ..................................................................................... 9 Hình 1.7. Màng nhựa PET ............................................................................................. 10 Hình 1.8. Chai nhựa PET ............................................................................................... 11 Hình 1.9. Vải polyester ...................................................................................................11 Hình 1.10. Các phương pháp tái chế hóa học ................................................................ 13 Hình 1.11. Phương trình phản ứng thủy phân PET [6] ..................................................14 Hình 1.12. Giao thoa kế Michelson ............................................................................... 17 Hình 1.13. Quy trình đo phổ hồng ngoại biến đổi Fourier ............................................ 18 Hình 1.14 Thiết bị phân tích nhiệt lượng vi sai DSC .................................................... 19
Hình 2.1. Máy Microwave ............................................................................................. 21
Hình 2.2. Ống nghiệm chuyên dụng cho microwave .................................................... 21
Hình 2.3. Sơ đồ quy trình thực hiện...............................................................................22
Hình 2.4. Quá trình thủy phân bằng MW ...................................................................... 24
Hình 2.5. Dung dịch phản ứng chứa di-natri terephthalate (TPANa2)..........................24
Hình 2.6. Hình thành TPA bằng HCl.............................................................................25
Hình 2.7. Ảnh hưởng của nồng độ HCl đến hiệu suất thu hồi TPA trong phản ứng thủy
phân PET ở 230-232°C và 2,5-2,8 MPa trong 15 phút ................................................. 27 i
Hình 3.1. Hỗn hợp sản phẩm sau khi thủy phân............................................................30 Hình 3.2. So sánh 2 phổ FTIR giữa TPA thu hồi và PET ban đầu ............................... 31 Hình 3.3. Phổ NMR của TPA - dung môi DMSO .........................................................32 Hình 3.4. Đồ thị ảnh hưởng của thời gian phản ứng ..................................................... 33 Hình 3.5. Phổ FTIR trong khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng ....................... 34 Hình 3.6. Ảnh hưởng của nồng độ phản ứng.................................................................35 Hình 3.7. Phổ FTIR trong khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng ....................... 35
DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1. công cụ và thiết bị.........................................................................................20 Bảng 3.1. Điều kiện các lần phản ứng ........................................................................... 29 Bảng 3.2. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng ............................................................... 33 Bảng 3.3. Ảnh hưởng của nồng độ phản ứng ................................................................ 34
ii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
BHET: (Bis-hydroxylethyl terephthalate) DMSO: Dimethyl sulfoxide
DMT: N,N-Dimethyltryptamine
EG: Ethylen glycol
FITR: Fourier-transform infrared spectroscopy HCl: Acid Chlohydric
MW: Microwave Reactor
NMR: Nuclear magnetic resonance
PET: Poly(ethylene terephthalate) TPA: Terephthalic Acid
iii
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM
THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 1. Thông tin chung:
- Tên đề tài: Nghiên cứu depolymer hóa nhựa PET bằng acid sử dụng Microwave Reactor
- Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Hoàn Mỹ Duyên Mã số SV: 19128007 - Lớp: 19128P Khoa: Công nghệ kỹ thuật hóa học và thực phẩm
Năm thứ: 4 - Thành viên nhóm:
Trịnh Bảo Tín
Nguyễn Thị Phương Dung
Số năm đào tạo: 4 Mã số SV
19128084
19128022
- Người hướng dẫn: TS. Huỳnh Nguyễn Anh Tuấn 2. Mục tiêu đề tài:
- Xác định được quy trình thu hồi TPA từ nhựa PET bằng Microwave Reactor sử dụng xúc tác HCl.
- Định hướng ứng dụng TPA thu hồi được.
- Đánh giá được sự tác động của các yếu tố kỹ thuật đến hiệu suất thu hồi và tính chất của TPA.
3. Tính mới và sáng tạo:
Sử dụng Microwave Reactor để cắt mạch PET dưới xúc tác HCl để thu hồi TPA - một trong hai thành phần chính của PET. Đây là một đề tài mới và chưa có công bố nào ở Việt Nam.
4. Kết quả nghiên cứu:
Đề tài thủy phân thành công hạt nhựa PET bằng axit HCl trong máy microwave với hiệu suất thu hồi trên 80% TPA trong thời gian 45 phút bằng dung dịch HCl 5M ở 180°C. Qua đó cho thấy thời gian phân hủy của PET trong thiết bị microwave đã rút ngắn đáng kể so với các phương pháp gia nhiệt truyền thống. Phổ FTIR cho thấy rằng
iv
sản phẩm cuối cùng cho ra TPA tinh khiết. Đồng thời nhóm chúng tui cũng đã khảo sát thành công ảnh hưởng của thời gian và nồng độ HCl đến hiệu suất thu hồi TPA.
5. Đóng góp về mặt giáo dục và đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng và khả năng áp dụng của đề tài:
Theo thống kế của Bộ Tài nguyên và môi trường mỗi năm tại Việt Nam có khoảng 1,8 triệu tấn rác thải nhựa được thải ra môi trường. Tuy nhiên, chỉ có 27% trong số đó được tái chế, số còn lại được lấp dưới lòng đất hay được thải ra biển. Điều này ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường sinh thái của Việt Nam. Chính vì vậy, việc quan tâm đến thời gian phân hủy của rác thải nhựa là vô cùng cấp bách. Thông thường các chai nhựa PET phải mất từ 450-1000 năm mới có thể tự phân hủy. Tuy việc sử dụng vi sóng vào quá trình thủy phân PET có thể làm giảm đáng kể thời gian phân hủy, đồng thời thu hồi được TPA. Điều này không chỉ bảo vệ môi trường mà còn đem lại lợi ích về kinh tế cho Việt Nam nói chung và thế giới nói riêng.
6. Công bố khoa học của SV từ kết quả nghiên cứu của đề tài (ghi rõ tên tạp chí nếu có) hay nhận xét, đánh giá của cơ sở đã áp dụng các kết quả nghiên cứu (nếu có):
Ngày 14 tháng 11 năm 2022 SV chịu trách nhiệm chính thực hiện đề tài
(kí, họ và tên)
v
Nhận xét của người hướng dẫn về những đóng góp khoa học của SV thực hiện đề tài (phần này do người hướng dẫn ghi):
Xác nhận của Trường
(kí tên và đóng dấu)
Ngày 14 tháng 11 năm 2022 Người hướng dẫn
(kí, họ và tên)
vi
MỞ ĐẦU
1. Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài
Ở Việt Nam, việc nghiên cứu sử dụng nhựa PET phế thải đã bắt đầu thu hút được sự chú ý của các nhà làm khoa học. TS Nguyễn Mạnh Tuấn và các cộng sự từ trường ĐH Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh (2015) đã công bố công trình nghiên cứu dùng PET phế thải trong hỗn hợp bê tông nhựa nóng tại Tp. Hồ Chí Minh. Tác giả Hồ Viết Thắng (2020) đã nghiên cứu sử dụng nhựa PET phế thải làm gạch không nung. Kết quả cho thấy, có thể sử dụng nhựa PET phế thải đến tỷ lệ 12,5% mà vẫn có thể đảm bảo được yêu cầu về tính thi công, cường độ chịu nén và độ hút nước. Tuy nhiên, hầu như việc sử dụng PET phế thải này còn chủ yếu là phối trộn vật lý đơn giản. Các nghiên cứu hóa học để tái chế PET bằng phản ứng cắt mạch polymer còn khá khiêm tốn tại Việt Nam. Võ Thị Hai và các cộng sự (2008) tiến hành nghiên cứu phản ứng cắt mạch PET với sự có mặt của xúc tác Ethylene glycol. Hoàng Thị Đông Quỳ và các cộng sự (2012) đã chế tạo phụ gia chống cháy từ nhựa phế thải PET. Tuy nhiên, việc dùng Microwave Reactor để cắt mạch PET và thu hồi TPA – một trong hai thành phần chính của PET - thì chưa có công bố nào tại Việt Nam.
Trong khi đó, trên thế giới, vấn đề tái chế PET cũng đã được nghiên cứu từ rất lâu. Năm 2013, Duta và Soni đã nghiên cứu tái chế PET bằng các phản ứng đường phân, rượu phân và thủy phân. PET cũng được tái chế và ứng dụng trong ngành công nghiệp dệt trong công bố của Upasani và các cộng sự (2012). Nhìn chung, công nghệ tái chế PET đã diễn ra liên tục có sự cải tiến theo thời gian.
Việc kết hợp sử dụng năng lượng Microwave cũng đã được thế giới quan tâm khá sớm. Nikje (2006) và Nazari (2009) đã thực hiện phản ứng rượu phân để depolymer hóa PET bằng các tác nhân ancol như methanol, ethanol, butanol, pentanol và hexanol. Phản ứng thực hiện trong thời gian ít hơn 1 giờ với sản phẩm chính thu được là TPA và EG. Mohamad và các cộng sự (2010) đã sử dụng Microwave Reactor để tái chế PET trong môi trường kiềm. Kazutoshi và các cộng sự (2016) đã dùng HCl làm xúc tác trong phản ứng thủy phân PET với sự hỗ trợ của Microwave ở áp suất cao hơn áp suất môi trường.
1
2. Lý do chọn đề tài
Trong cuộc sống hiện đại, việc sử dụng các vật dụng như chai nhựa, màng nylon bọc thực phẩm, ống nhựa dẫn nước... đã trở nên quen thuộc với đời sống con người. Sản phẩm nhựa trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống cũng như trong công nghiệp.
Hiện nay, số lượng chai nhựa PET đang ngày càng tăng cao, chiếm phần trăm lớn trong tổng lượng nhựa PET tiêu thụ trên toàn cầu. Điều này gây nên vấn nạn ô nhiễm môi trường ngày một nặng nề. Do vậy, việc ứng dụng công nghệ tái chế hay tái sử dụng nhựa PET phế thải là hết sức cần thiết, góp phần ngăn ngừa ô nhiễm môi trường, đồng thời hạn chế khả năng khai thác nguồn tài nguyên. Việc tìm hiểu các phương pháp tái chế PET cũng như khả năng, phạm vi ứng dụng PET tái chế là vấn đề cần quan tâm nhất hiện nay. Chính vì vậy, việc nghiên cứu tái chế PET đã và đang được nghiên cứu rộng rãi trên toàn thế giới.
Với mong muốn góp một phần nhỏ trong lĩnh vực nghiên cứu này cũng như trong việc bảo vệ môi trường sống hiện nay, vì vậy nhóm nghiên cứu chúng tui đã lựa chọn đề tài:”Nghiên cứu Depolymer hóa nhựa PET bằng acid sử dụng Microwave Reactor.”
3. Mục tiêu đề tài
- Xác định được quy trình thu hồi TPA từ nhựa PET bằng Microwave Reactor sử dụng xúc tác HCl.
- Định hướng ứng dụng TPA thu hồi được.
- Đánh giá được sự tác động của các yếu tố kỹ thuật đến hiệu suất thu hồi và tính chất của TPA.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Chọn nguồn PET thích hợp.
- Đánh giá tính chất nguyên liệu đầu vào.
- Tìm ra quy trình phù hợp để thu hồi TPA từ nhựa PET . - Xác định tính chất hóa lý của sản phẩm.
2
5. Phạm vi nghiên cứu
- Nguồn PET được lựa chọn tại khu vực Thủ Đức.
- Thực hiện phản ứng thủy phân bằng trong môi trường acid.
- Microwave Reactor được sử dụng có quy mô phòng thí nghiệm.
3
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NHỰA PET 1.1 Giới thiệu về nhựa PET
PET là tên viết tắt của Polyethylene Terephthalate, còn biết đến với nhiều tên gọi khác như PETE, PETP hay PET-P, công thức hóa học C10H8O4. Polyethylene terephthalate là một loại polymer nhiệt dẻo đa năng thuộc họ polymer polyester dị mạch và được sử dụng làm sợi cho quần áo, hộp đựng chất lỏng và thực phẩm, và tạo hình nhiệt để sản xuất và kết hợp với sợi thủy tinh để làm nhựa kỹ thuật. Nhựa polyester được biết đến với sự kết hợp tuyệt vời của các đặc tính như khả năng chịu lực, nhiệt, kháng hóa chất cũng như độ ổn định kích thước. [1]
2.2.2 Giải thích sơ đồ
Bước 1: Chuẩn bị mẫu
công cụ thí nghiệm trước khi sử dụng phải được rửa sạch để tránh dính tạp chất ảnh hưởng đến kết quả nghiên cứu. Đối với ống nghiệm chịu áp cao chúng tui làm sạch bằng bể siêu âm trong vòng 30 phút. công cụ sau đó được đem đi sấy khô.
Hạt PET sau khi sử dụng được rửa sạch và sấy khô. Cho 1g mẫu PET và 10 ml dung dịch HCl với điều kiện như bảng 3.1 vào ống nghiệm chịu áp cao.
Máy Microwave trước khi sử dụng phải được kiểm tra qua tình trạng hoạt động của máy bằng cách cho chạy với nước cất. Máy Microwave phải hoạt động ổn định thì mới tiến hành phản ứng.
Bước 2: Thủy phân
Quá trình thủy phân PET được thực hiện trong máy Microwave CEM 2.0 được trang bị các cảm biến nhiệt độ và áp suất. Các thí nghiệm được tiến hành ở nhiệt độ cài đặt trước là 180°C. Vì tại nhiệt độ này nước sẽ bay hơi mà hệ thống chúng tui sử dụng là một hệ kín do đó trong quá trình thí nghiệm phải luôn luôn theo dõi áp suất của hệ tránh áp suất vượt quá áp suất cho phép của máy MW (300PSI) . Sau khi phản ứng kết thúc máy MW sẽ tự động bật bơm để làm lạnh sản phẩm. Quá trình làm lạnh này kéo dài trong vòng 30 phút. Sau phản ứng thu được hỗn hợp TPA và PET chưa phản ứng. Sau khi sử máy MW phải được vệ sinh bằng cồn.
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................1
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NHỰA PET.............................................................4 1.1 Giới thiệu về nhựa PET ..........................................................................................4 1.1.1 Cấu trúc và hình thái phân tử của nhựa PET......................................................4 1.1.2 Phương trình tổng hợp ........................................................................................ 5 1.1.3 Tính chất của PET ...............................................................................................6 1.1.4 Ứng dụng của PET ..............................................................................................9 1.2 Các phương pháp tái chế PET ..............................................................................12 1.2.1 Bốn phương pháp tái chế hiện nay ................................................................... 12 1.2.2 Lựa chọn phương pháp tái chế cho bài nghiên cứu ......................................... 14 1.3 Phương pháp nghiên cứu ......................................................................................15 1.3.1 Quá trình thủy phân PET trong môi trường acid bằng MW ............................ 15 1.3.2 Cơ chế phát vi sóng ảnh hưởng đến cấu trúc PET ........................................... 16 1.3.3 . Các phương pháp định tính .............................................................................16 CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM ................... 20 2.1Thiếtbị,dụng cụvàhóachất..............................................................................20 2.1.1 Thiết bị và công cụ ........................................................................................... 20 2.1.2 Hóa chất ............................................................................................................ 21 2.2 Quy trình thực hiện ...............................................................................................22 2.2.1 Sơ đồ quy trình ..................................................................................................22 2.2.2 Giải thích sơ đồ ................................................................................................. 23 2.2.3 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất thu hồi TPA .........................26 2.2.4 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ HCl đến hiệu suất thu hồi TPA .................. 27 2.2.5 Định tính lại TPA ..............................................................................................27
CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................. 28 3.1 Kiểm tra nguyên liệu PET ....................................................................................28 3.2 Phản ứng thủy phân trong môi trường acid ......................................................... 29 3.3 Ảnh hưởng của thời gian đến việc thu hồi PET ...................................................32 3.4 .Ảnh hưởng của nồng độ acid HCl đến việc thủy phân PET .............................. 34 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................... 36 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................. 37
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Công thức cấu tạo của Polyetylene Terephthalate ...........................................4
Hình 1.2. Cấu trúc PET [1] .............................................................................................. 4
Hình 1.3. Sơ đồ phản ứng tổng hợp PET. BHET đầu tiên được hình thành từ phản ứng của (a) TPA và EG, hay (b) DMT và EG, và (c) cuối cùng được polyme hóa thành PET [2] ..............................................................................................................................5
Hình 1.4. Quá trình thủy phân của PET dưới xúc tác acid..............................................8 Hình 1.5. Cơ chế thủy phân PET [4]................................................................................9 Hình 1.6. Cơ chế thủy phân PET ..................................................................................... 9 Hình 1.7. Màng nhựa PET ............................................................................................. 10 Hình 1.8. Chai nhựa PET ............................................................................................... 11 Hình 1.9. Vải polyester ...................................................................................................11 Hình 1.10. Các phương pháp tái chế hóa học ................................................................ 13 Hình 1.11. Phương trình phản ứng thủy phân PET [6] ..................................................14 Hình 1.12. Giao thoa kế Michelson ............................................................................... 17 Hình 1.13. Quy trình đo phổ hồng ngoại biến đổi Fourier ............................................ 18 Hình 1.14 Thiết bị phân tích nhiệt lượng vi sai DSC .................................................... 19
Hình 2.1. Máy Microwave ............................................................................................. 21
Hình 2.2. Ống nghiệm chuyên dụng cho microwave .................................................... 21
Hình 2.3. Sơ đồ quy trình thực hiện...............................................................................22
Hình 2.4. Quá trình thủy phân bằng MW ...................................................................... 24
Hình 2.5. Dung dịch phản ứng chứa di-natri terephthalate (TPANa2)..........................24
Hình 2.6. Hình thành TPA bằng HCl.............................................................................25
Hình 2.7. Ảnh hưởng của nồng độ HCl đến hiệu suất thu hồi TPA trong phản ứng thủy
phân PET ở 230-232°C và 2,5-2,8 MPa trong 15 phút ................................................. 27 i
Hình 3.1. Hỗn hợp sản phẩm sau khi thủy phân............................................................30 Hình 3.2. So sánh 2 phổ FTIR giữa TPA thu hồi và PET ban đầu ............................... 31 Hình 3.3. Phổ NMR của TPA - dung môi DMSO .........................................................32 Hình 3.4. Đồ thị ảnh hưởng của thời gian phản ứng ..................................................... 33 Hình 3.5. Phổ FTIR trong khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng ....................... 34 Hình 3.6. Ảnh hưởng của nồng độ phản ứng.................................................................35 Hình 3.7. Phổ FTIR trong khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng ....................... 35
DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1. công cụ và thiết bị.........................................................................................20 Bảng 3.1. Điều kiện các lần phản ứng ........................................................................... 29 Bảng 3.2. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng ............................................................... 33 Bảng 3.3. Ảnh hưởng của nồng độ phản ứng ................................................................ 34
ii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
BHET: (Bis-hydroxylethyl terephthalate) DMSO: Dimethyl sulfoxide
DMT: N,N-Dimethyltryptamine
EG: Ethylen glycol
FITR: Fourier-transform infrared spectroscopy HCl: Acid Chlohydric
MW: Microwave Reactor
NMR: Nuclear magnetic resonance
PET: Poly(ethylene terephthalate) TPA: Terephthalic Acid
iii
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM
THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 1. Thông tin chung:
- Tên đề tài: Nghiên cứu depolymer hóa nhựa PET bằng acid sử dụng Microwave Reactor
- Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Hoàn Mỹ Duyên Mã số SV: 19128007 - Lớp: 19128P Khoa: Công nghệ kỹ thuật hóa học và thực phẩm
Năm thứ: 4 - Thành viên nhóm:
Trịnh Bảo Tín
Nguyễn Thị Phương Dung
Số năm đào tạo: 4 Mã số SV
19128084
19128022
- Người hướng dẫn: TS. Huỳnh Nguyễn Anh Tuấn 2. Mục tiêu đề tài:
- Xác định được quy trình thu hồi TPA từ nhựa PET bằng Microwave Reactor sử dụng xúc tác HCl.
- Định hướng ứng dụng TPA thu hồi được.
- Đánh giá được sự tác động của các yếu tố kỹ thuật đến hiệu suất thu hồi và tính chất của TPA.
3. Tính mới và sáng tạo:
Sử dụng Microwave Reactor để cắt mạch PET dưới xúc tác HCl để thu hồi TPA - một trong hai thành phần chính của PET. Đây là một đề tài mới và chưa có công bố nào ở Việt Nam.
4. Kết quả nghiên cứu:
Đề tài thủy phân thành công hạt nhựa PET bằng axit HCl trong máy microwave với hiệu suất thu hồi trên 80% TPA trong thời gian 45 phút bằng dung dịch HCl 5M ở 180°C. Qua đó cho thấy thời gian phân hủy của PET trong thiết bị microwave đã rút ngắn đáng kể so với các phương pháp gia nhiệt truyền thống. Phổ FTIR cho thấy rằng
iv
sản phẩm cuối cùng cho ra TPA tinh khiết. Đồng thời nhóm chúng tui cũng đã khảo sát thành công ảnh hưởng của thời gian và nồng độ HCl đến hiệu suất thu hồi TPA.
5. Đóng góp về mặt giáo dục và đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng và khả năng áp dụng của đề tài:
Theo thống kế của Bộ Tài nguyên và môi trường mỗi năm tại Việt Nam có khoảng 1,8 triệu tấn rác thải nhựa được thải ra môi trường. Tuy nhiên, chỉ có 27% trong số đó được tái chế, số còn lại được lấp dưới lòng đất hay được thải ra biển. Điều này ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường sinh thái của Việt Nam. Chính vì vậy, việc quan tâm đến thời gian phân hủy của rác thải nhựa là vô cùng cấp bách. Thông thường các chai nhựa PET phải mất từ 450-1000 năm mới có thể tự phân hủy. Tuy việc sử dụng vi sóng vào quá trình thủy phân PET có thể làm giảm đáng kể thời gian phân hủy, đồng thời thu hồi được TPA. Điều này không chỉ bảo vệ môi trường mà còn đem lại lợi ích về kinh tế cho Việt Nam nói chung và thế giới nói riêng.
6. Công bố khoa học của SV từ kết quả nghiên cứu của đề tài (ghi rõ tên tạp chí nếu có) hay nhận xét, đánh giá của cơ sở đã áp dụng các kết quả nghiên cứu (nếu có):
Ngày 14 tháng 11 năm 2022 SV chịu trách nhiệm chính thực hiện đề tài
(kí, họ và tên)
v
Nhận xét của người hướng dẫn về những đóng góp khoa học của SV thực hiện đề tài (phần này do người hướng dẫn ghi):
Xác nhận của Trường
(kí tên và đóng dấu)
Ngày 14 tháng 11 năm 2022 Người hướng dẫn
(kí, họ và tên)
vi
MỞ ĐẦU
1. Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài
Ở Việt Nam, việc nghiên cứu sử dụng nhựa PET phế thải đã bắt đầu thu hút được sự chú ý của các nhà làm khoa học. TS Nguyễn Mạnh Tuấn và các cộng sự từ trường ĐH Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh (2015) đã công bố công trình nghiên cứu dùng PET phế thải trong hỗn hợp bê tông nhựa nóng tại Tp. Hồ Chí Minh. Tác giả Hồ Viết Thắng (2020) đã nghiên cứu sử dụng nhựa PET phế thải làm gạch không nung. Kết quả cho thấy, có thể sử dụng nhựa PET phế thải đến tỷ lệ 12,5% mà vẫn có thể đảm bảo được yêu cầu về tính thi công, cường độ chịu nén và độ hút nước. Tuy nhiên, hầu như việc sử dụng PET phế thải này còn chủ yếu là phối trộn vật lý đơn giản. Các nghiên cứu hóa học để tái chế PET bằng phản ứng cắt mạch polymer còn khá khiêm tốn tại Việt Nam. Võ Thị Hai và các cộng sự (2008) tiến hành nghiên cứu phản ứng cắt mạch PET với sự có mặt của xúc tác Ethylene glycol. Hoàng Thị Đông Quỳ và các cộng sự (2012) đã chế tạo phụ gia chống cháy từ nhựa phế thải PET. Tuy nhiên, việc dùng Microwave Reactor để cắt mạch PET và thu hồi TPA – một trong hai thành phần chính của PET - thì chưa có công bố nào tại Việt Nam.
Trong khi đó, trên thế giới, vấn đề tái chế PET cũng đã được nghiên cứu từ rất lâu. Năm 2013, Duta và Soni đã nghiên cứu tái chế PET bằng các phản ứng đường phân, rượu phân và thủy phân. PET cũng được tái chế và ứng dụng trong ngành công nghiệp dệt trong công bố của Upasani và các cộng sự (2012). Nhìn chung, công nghệ tái chế PET đã diễn ra liên tục có sự cải tiến theo thời gian.
Việc kết hợp sử dụng năng lượng Microwave cũng đã được thế giới quan tâm khá sớm. Nikje (2006) và Nazari (2009) đã thực hiện phản ứng rượu phân để depolymer hóa PET bằng các tác nhân ancol như methanol, ethanol, butanol, pentanol và hexanol. Phản ứng thực hiện trong thời gian ít hơn 1 giờ với sản phẩm chính thu được là TPA và EG. Mohamad và các cộng sự (2010) đã sử dụng Microwave Reactor để tái chế PET trong môi trường kiềm. Kazutoshi và các cộng sự (2016) đã dùng HCl làm xúc tác trong phản ứng thủy phân PET với sự hỗ trợ của Microwave ở áp suất cao hơn áp suất môi trường.
1
2. Lý do chọn đề tài
Trong cuộc sống hiện đại, việc sử dụng các vật dụng như chai nhựa, màng nylon bọc thực phẩm, ống nhựa dẫn nước... đã trở nên quen thuộc với đời sống con người. Sản phẩm nhựa trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống cũng như trong công nghiệp.
Hiện nay, số lượng chai nhựa PET đang ngày càng tăng cao, chiếm phần trăm lớn trong tổng lượng nhựa PET tiêu thụ trên toàn cầu. Điều này gây nên vấn nạn ô nhiễm môi trường ngày một nặng nề. Do vậy, việc ứng dụng công nghệ tái chế hay tái sử dụng nhựa PET phế thải là hết sức cần thiết, góp phần ngăn ngừa ô nhiễm môi trường, đồng thời hạn chế khả năng khai thác nguồn tài nguyên. Việc tìm hiểu các phương pháp tái chế PET cũng như khả năng, phạm vi ứng dụng PET tái chế là vấn đề cần quan tâm nhất hiện nay. Chính vì vậy, việc nghiên cứu tái chế PET đã và đang được nghiên cứu rộng rãi trên toàn thế giới.
Với mong muốn góp một phần nhỏ trong lĩnh vực nghiên cứu này cũng như trong việc bảo vệ môi trường sống hiện nay, vì vậy nhóm nghiên cứu chúng tui đã lựa chọn đề tài:”Nghiên cứu Depolymer hóa nhựa PET bằng acid sử dụng Microwave Reactor.”
3. Mục tiêu đề tài
- Xác định được quy trình thu hồi TPA từ nhựa PET bằng Microwave Reactor sử dụng xúc tác HCl.
- Định hướng ứng dụng TPA thu hồi được.
- Đánh giá được sự tác động của các yếu tố kỹ thuật đến hiệu suất thu hồi và tính chất của TPA.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Chọn nguồn PET thích hợp.
- Đánh giá tính chất nguyên liệu đầu vào.
- Tìm ra quy trình phù hợp để thu hồi TPA từ nhựa PET . - Xác định tính chất hóa lý của sản phẩm.
2
5. Phạm vi nghiên cứu
- Nguồn PET được lựa chọn tại khu vực Thủ Đức.
- Thực hiện phản ứng thủy phân bằng trong môi trường acid.
- Microwave Reactor được sử dụng có quy mô phòng thí nghiệm.
3
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NHỰA PET 1.1 Giới thiệu về nhựa PET
PET là tên viết tắt của Polyethylene Terephthalate, còn biết đến với nhiều tên gọi khác như PETE, PETP hay PET-P, công thức hóa học C10H8O4. Polyethylene terephthalate là một loại polymer nhiệt dẻo đa năng thuộc họ polymer polyester dị mạch và được sử dụng làm sợi cho quần áo, hộp đựng chất lỏng và thực phẩm, và tạo hình nhiệt để sản xuất và kết hợp với sợi thủy tinh để làm nhựa kỹ thuật. Nhựa polyester được biết đến với sự kết hợp tuyệt vời của các đặc tính như khả năng chịu lực, nhiệt, kháng hóa chất cũng như độ ổn định kích thước. [1]
2.2.2 Giải thích sơ đồ
Bước 1: Chuẩn bị mẫu
công cụ thí nghiệm trước khi sử dụng phải được rửa sạch để tránh dính tạp chất ảnh hưởng đến kết quả nghiên cứu. Đối với ống nghiệm chịu áp cao chúng tui làm sạch bằng bể siêu âm trong vòng 30 phút. công cụ sau đó được đem đi sấy khô.
Hạt PET sau khi sử dụng được rửa sạch và sấy khô. Cho 1g mẫu PET và 10 ml dung dịch HCl với điều kiện như bảng 3.1 vào ống nghiệm chịu áp cao.
Máy Microwave trước khi sử dụng phải được kiểm tra qua tình trạng hoạt động của máy bằng cách cho chạy với nước cất. Máy Microwave phải hoạt động ổn định thì mới tiến hành phản ứng.
Bước 2: Thủy phân
Quá trình thủy phân PET được thực hiện trong máy Microwave CEM 2.0 được trang bị các cảm biến nhiệt độ và áp suất. Các thí nghiệm được tiến hành ở nhiệt độ cài đặt trước là 180°C. Vì tại nhiệt độ này nước sẽ bay hơi mà hệ thống chúng tui sử dụng là một hệ kín do đó trong quá trình thí nghiệm phải luôn luôn theo dõi áp suất của hệ tránh áp suất vượt quá áp suất cho phép của máy MW (300PSI) . Sau khi phản ứng kết thúc máy MW sẽ tự động bật bơm để làm lạnh sản phẩm. Quá trình làm lạnh này kéo dài trong vòng 30 phút. Sau phản ứng thu được hỗn hợp TPA và PET chưa phản ứng. Sau khi sử máy MW phải được vệ sinh bằng cồn.
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links