Nghiên cứu sử dụng vật liệu CaO từ vỏ nghêu để hydrat hoá bề mặt polyvinyl chloride hỗ trợ phân tách khỏi hỗn hợp nhựa thải điện - điện tử bằng tuyển nổi :Luận văn thạc sĩ - Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

NGUYỄN THỊ NGỌC SANG

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VẬT LIỆU CaO TỪ

VỎ NGHÊU ĐỂ HYDRAT HOÁ BỀ MẶT

POLYVINYL CHLORIDE HỖ TRỢ PHÂN

TÁCH NÓ RA KHỎI HỖN HỢP NHỰA THẢI

ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BẰNG TUYỂN NỔI

Ngành: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

Mã ngành: 8520320

LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2022

Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Công nghiệp TP. Hồ Chí Minh.

Người hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Thị Thanh Trúc........................................

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn thạc sĩ Trường Đại

học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh ngày 13 tháng 08 năm 2022.

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

1. PGS. TS Lê Hùng Anh.................................- Chủ tịch Hội đồng

2. TS. Nguyễn Thanh Phong.............................- Phản biện 1

3. TS. Đào Minh Trung....................................- Phản biện 2

4. TS. Trần Thị Tường Vân ..............................- Ủy viên

5. TS. Trần Mai Liên........................................- Thư ký

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG VIỆN TRƯỞNG KHCN & QLMT

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Nguyễn Thị Ngọc Sang MSHV: 19630161

Ngày, tháng, năm sinh: 04/02/1997 Nơi sinh: Đồng Tháp

Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường Mã chuyên ngành: 60520320

I. TÊN ĐỀ TÀI:

Nghiên cứu sử dụng vật liệu CaO từ vỏ nghêu để hydrat hoá bề mặt polyvinyl chloride

hỗ trợ phân tách khỏi hỗn hợp nhựa thải điện-điện tử bằng tuyển nổi.

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

Điều chế vật liệu CaO từ vỏ nghêu, đánh giá các điều kiện ảnh hưởng của quá trình

điều chế.

Sử dụng vật liệu CaO từ vỏ nghêu làm chất xử lý bề mặt và phân tách nhựa PVC từ

hỗn hợp nhựa điện tử bằng phương pháp tuyển nổi bọt khí.

Đánh giá hiệu suất phân tách PVC từ hỗn hợp chất thải nhựa điện, điện tử bao gồm

(ABS, PVC, PS, PC).

II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Theo QĐ số 103/ QĐ – ĐHCN ngày 19/01/2022

III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 16/07/2022

IV. NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Nguyễn Thị Thanh Trúc

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 6 năm 2022

NGƯỜI HƯỚNG DẪN

(Họ tên và chữ ký)

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

(Họ tên và chữ ký)

VIỆN TRƯỞNG KHCN & QLMT

(Họ tên và chữ ký)

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

i

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt thời gian thực hiện khóa luận tốt nghiệp, bản thân em đã nhận được nhiều

sự quan tâm, giúp đỡ từ quý thầy cô và bạn bè. Xin được thể hiện sự trân quý và biết

ơn sâu sắc với những tấm lòng ấy.

Xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến TS. Nguyễn Thị Thanh Trúc là giảng viên phụ trách

hướng dẫn đã tạo điều kiện thuận lợi cho nghiên cứu, định hướng giúp em hoàn thành

bài nghiên cứu này.

Mặc dù đã cố gắng để hoàn thành báo cáo một cách hoàn chỉnh nhất nhưng vẫn không

tránh khỏi những thiếu sót do chưa có kinh nghiệm nghiên cứu khoa học cũng như

kiến thức còn hạn chế. Em rất mong nhận được sự góp ý của quý Thầy, Cô để báo

cáo được hoàn chỉnh hơn.

Cuối cùng, chúng em kính chúc quý Thầy, Cô dồi dào sức khỏe và thành công trong

sự nghiệp.

Xin chân thành cảm ơn!

ii

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hiện nay, với sự phát triển của nền kinh tế, tái chế nhựa đã trở thành một chiến lược

thiết yếu để đối phó với ô nhiễm môi trường và cạn kiệt năng lượng do quản lý chất

thải nhựa chưa được nâng cao. Nguồn chất thải điện tử tại Việt Nam bao gồm các

thiết bị điện điện tử bị loại bỏ và nhập khẩu bất hợp pháp từ nước ngoài. Việc tái chế

nhựa điện tử ở Việt Nam còn đang rất hạn chế do thiếu công tác quản lý thu gom và

phân loại trước khi tái chế. Do tính chất hóa học và điều kiện nhiệt phân của mỗi loại

nhựa trong hỗn hợp nhựa khác nhau nên việc tái chế nhựa còn gặp nhiều khó khăn và

khó tạo ra được sản phẩm có chất lượng cao. Vì vậy, việc tách từng loại nhựa cụ thể

ra khỏi hỗn hợp nhựa điện rất cần thiết cho quá trình tái chế nhựa thải. PVC luôn kết

hợp với ABS, PS và PC, vì PVC được sử dụng rộng rãi trong bao bì, thiết bị điện tử,

xây dựng và ô tô. Tuy nhiên, ngay cả một lượng nhỏ nhựa PVC cũng có thể làm giảm

chất lượng của nhựa tái chế và khí HCl có thể làm hư hại thiết bị trong quá trình nhiệt

phân nhựa. Bên cạnh đó, Clo trong PVC có thể góp phần tạo ra hợp chất dioxin gây

ung thư sau khi đốt và phân hủy. Do đó, việc tách PVC khỏi nhựa khác đang là vấn

đề được quan tâm hiện nay. Trong nghiên cứu này việc sử dụng CaO từ vỏ nghêu

trong môi trường siêu âm để Hydrat hóa bề mặt vật liệu. Kết hợp với nhiều điều kiện

tuyển nổi khác nhau để đánh giá sự chọn lọc của các loại nhựa. Nghiên cứu đã phát

hiện góc tiếp xúc mới nước của PVC giảm từ 96,82o xuống 65,2o

. Hình ảnh SEM của

nhựa PVC sau khi xử lý cho thấy những thay đổi đáng kể về hình thái bề mặt của

chúng so với các loại nhựa khác. Kết quả FTIR cho thấy nồng độ [Cl-

] giảm rõ rệt

đồng thời với sự gia tăng đáng kể [OH+

] trên bề mặt của mẫu PVC. Điều kiện tuyển

nổi tối ưu bao gồm: thể tích MIBC là 0,3 mL, thời gian tuyển nổi 10 phút, nhiệt độ

tuyển nổi 30°C, pH 3 - 4, tốc độ dòng khí 2 L/phút. Với độ tinh khiết và độ thu hồi

của PVC lần lượt đạt 90,0% và 96,42%. Kết quả nghiên cứu này sẽ làm tiền đề cung

cấp dữ liệu cho quá trình tái chế nhựa độc hại có thành phần Clo và việc phân loại

chất thải nhựa trước khi tái chế, giúp cho hiệu quả tái chế cao hơn, tạo điều kiện thuận

lợi cho việc ứng dụng công nghiệp tái chế nhựa bằng phương pháp tuyển nổi.

Từ khoá: PVC, Tuyển nổi, Phân tách, Vỏ nghêu, Xử lý bề mặt.

iii

ABSTRACT

Nowadays, with the development of the economy, plastic recycling has become an

essential strategy to deal with environmental pollution and energy depletion due to

inadequate management of plastic waste. Sources of e-waste in Vietnam include

electronic devices that are discarded and illegally imported from abroad. The

recycling of e-plastics in Vietnam is still very limited due to the lack of collection

management and sorting before recycling. Due to the different chemical properties

and pyrolysis conditions of each type of plastic in the plastic mixture, it is difficult to

recycle plastics and create high-quality products. Therefore, the separation of each

specific type of plastic from the electroplastic mixture is essential for the recycling

of waste plastic. PVC is always combined with ABS, PS and PC, as PVC is widely

used in packaging, electronics, construction and automobiles. However, even a small

amount of PVC can degrade the quality of the recycled plastic, and HCl gas can

damage equipment during plastic pyrolysis. Besides, the chlorine in PVC can

contribute to the creation of carcinogenic dioxin compounds after burning and

decomposition. Therefore, the separation of PVC from other plastics is a matter of

concern today. In this study, the use of CaO from clam shell in ultrasonic environment

to hydrate the surface of the material. Combined with various flotation conditions to

evaluate the selectivity of resins. The study found that the new water contact angle of

PVC decreased from 96.82o

to 65.2o

. SEM images of PVC resin after treatment show

significant changes in their surface morphology compared to other resins. FTIR

results showed that the concentration of [Cl-

] decreased significantly at the same time

with a significant increase [OH+

] on the surface of the PVC sample. Optimal flotation

conditions include: MIBC volume 0.3 mL, flotation time 10 minutes, flotation

temperature 30°C, pH 3 - 4, air flowrate 2 L /min. With relatively low cost, the purity

and recovery of PVC are 90,0% and 96,42%, respectively. Besides, other waste

plastics are collected in mixed plastics.

Keywords: PVC, Froth Flotation, Separation, Clamshells, Surface modification.

iv

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tôi. Các kết quả nghiên

cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn

nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã được

thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.

Học viên

Nguyễn Thị Ngọc Sang

v

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN ................................................................................................... i

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ .................................................................... ii

ABSTRACT.................................................................................................... iii

LỜI CAM ĐOAN.............................................................................................iv

MỤC LỤC ........................................................................................................v

DANH MỤC HÌNH ẢNH.............................................................................. viii

DANH MỤC BẢNG BIỂU................................................................................x

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................xi

MỞ ĐẦU..........................................................................................................1

1. Đặt vấn đề....................................................................................................1

2. Mục tiêu nghiên cứu.....................................................................................2

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu..................................................................2

4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu .....................................................3

5. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài...........................................................................3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT..........................................5

1.1 Chất thải điện – điện tử............................................................................5

1.1.1 Khái niệm.........................................................................................5

1.1.2 Phân loại chất thải điện tử .................................................................5

1.1.3 Sự phát thải của chất thải điện – điện tử trên thế giới ..........................6

1.1.4 Sự phát thải của chất thải điện – điện tử ở Việt Nam...........................7

1.2 Quản lý chất thải điện – điện tử của các khu vực trên thế giới....................9

1.2.1 Các vấn đề về quản lý chất thải điện tử ở các nước phát triển ..............9

1.2.2 Các vấn đề về quản lý chất thải điện tử ở các nước đang phát triển ....10

1.3 Thành phần nhựa trong rác thải điện – điện tử ........................................12

1.4 Ô nhiễm nhựa điện tử ảnh hưởng tới môi trường và sức khỏe con người ..14

1.5 Các phương pháp xử lý và tái chế chất thải nhựa được sử dụng hiện nay..15

1.6 Ứng dụng của vật liệu CaO....................................................................20

1.7 Cở sở lý thuyết......................................................................................22

vi

1.7.1 Nguyên lý tuyển nổi và nguyên tắc của tuyển...................................23

1.7.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất phân tách nhựa khi áp dung

phương pháp tuyển nổi bọt khí....................................................................28

CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..........................30

2.1 Vật liệu và hóa chất...............................................................................30

2.1.1 Vật liệu ..........................................................................................30

2.1.2 Hóa chất.........................................................................................31

2.2 Phương pháp điều chế vật liệu CaO từ vỏ nghêu .....................................31

2.3 Phương pháp phân tích vật liệu CaO từ vỏ nghêu....................................33

2.4 Phương pháp xử lý bề mặt chất thải nhựa điện, điện tử bằng vật liệu CaO

trong môi trường siêu âm................................................................................33

2.5 Phương pháp tuyển nổi..........................................................................33

2.6 Phương pháp phân tích bề mặt nhựa trước và sau xử lý...........................35

2.7 Phương pháp xử lý số liệu, đánh giá.......................................................36

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ............................................................37

3.1 Khảo sát các điều kiện ảnh hưởng trong quá trình điều chế CaO từ vỏ

nghêu ............................................................................................................37

3.1.1 Khảo sát nhiệt độ nung, thời gian nung tối ưu của vỏ nghêu..............37

3.1.2 Đặc tính của CaO từ vỏ nghêu .........................................................40

3.2 Hiệu suất phân tách PVC từ hỗn hợp nhựa điện tử ở các điều kiện xử lý bề

mặt khác nhau................................................................................................43

3.2.1 Thời gian xử lý siêu âm...................................................................44

3.2.2 Nhiệt độ siêu âm.............................................................................46

3.1 Ảnh hưởng của các điều kiện tuyển nổi ..................................................47

3.1.1 pH..................................................................................................48

3.1.2 Khảo sát thể tích MIBC tối ưu .........................................................49

3.1.3 Khảo sát thời gian tuyển nổi tối ưu...................................................50

3.1.4 Khảo sát điều kiện khuấy/ không khuấy ...........................................51

3.1.5 Tốc độ dòng khí..............................................................................52

3.1.6 Nhiệt độ tuyển nổi...........................................................................54

3.2 Cơ chế biến đổi bề mặt nhựa trước và sau xử lý ......................................55

vii

3.2.1 Phân tích khả năng thấm ướt............................................................55

3.2.2 Phân tích nhóm chức năng (FTIR) ...................................................57

3.2.3 Phân tích hình thái bề mặt mẫu nhựa................................................60

3.2.4 Định lượng nhựa trước và sau khi xử lý bằng CaO bằng EDX...........62

3.3 Thảo luận chung....................................................................................63

3.3.1 So sánh CaO từ vỏ nghêu và CaO từ hóa chất...................................63

3.3.2 Cơ chế phân tách PVC ....................................................................64

3.3.3 Tính kinh tế ....................................................................................67

3.3.4 So sánh nghiên cứu hiện tại với các nghiên cứu khác ........................69

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.....................................................................73

DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA HỌC VIÊN...................74

TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................75

LÝ LỊCH TRÍCH NGANG CỦA HỌC VIÊN .............................................90