Nghiên cứu xử lý clo trong pvc bằng vỏ sò

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC BÁO CÁO ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH NGHIÊN CỨU XỬ LÝ CLO TRONG PVC BẰNG VỎ SÒ Giảng viên hướng dẫn: T.S NGUYỄN MẠNH HUẤN Sinh viên thực hiện: NGUYỄN MINH QUYỀN Mã số sinh viên: 09079691 Lớp: DHHD5 Khoá: 2009-2013 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2013 i TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH Họ và tên sinh viên: NGUYỄN MINH QUYỀN MSSV: 09079691 Lớp: DHHD5 Chuyên ngành: Công nghệ Hóa dầu Tên đề tài đồ án: NGHIÊN CỨU XỬ LÝ CLO TRONG PVC BẰNG VỎ SÒ Nhiệm vụ của khóa luận: Tổng quan về nhựa PVC Tổng quan về các phƣơng pháp xử lý nhựa PVC Tổng quan về vỏ sò Nghiên cứu xử lý hàm lƣợng clor trong nhƣa PVC bằng vỏ sò qua các thông số: nhiệt độ phản ứng, thời gian, hàm lƣợng vỏ sò. Ngày giao khóa luận: 10/01/2013 Ngày hoàn thành khóa luận: 15/06/2013 Họ tên giáo viên hƣớng dẫn: T.S Nguyễn Mạnh Huấn Chủ nhiệm bộ môn Tp. Hồ Chí Minh, ngày 14 tháng 6 năm 2013 Giáo viên hƣớng dẫn T.S Nguyễn Mạnh Huấn ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành công trình đồ án chuyên ngành này, bên cạnh sự cố gắng của cá nhân em là của thầy hƣớng dẫn Nguyễn Mạnh Huấn, thầy hỗ trợ hết sức nhiệt tình cho em để có thể tiếp cận đề tài và thực nghiệm. Em cũng xin bày tỏ lòng biết ơn : - Ban giám hiệu trƣờng đại học Công Nghiệp đã - Cô Bạch Thị Mỹ Hiền đã tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ chúng em hoàn thành tốt đợt thực tập này. - Các thầy cô trƣờng đại Học Công Nghiệp, đặc biệt là các thầy cô khoa công nghệ hóa học đã trang bị cho chúng em kiến thức nền tảng về hóa học và nhiều lĩnh vực khác và hỗ trợ tối đa cho quá trình thực nghiệm của em - Các bạn trong lớp DHHD5 cũng đã hỗ trợ và giúp đỡ về mặt kiến thức cũng nhƣ trong quá trình thí nghiệm,... Em xin chân thành cảm ơn và gửi đến thầy cô và các bạn những lời chúc tốt đẹp cả trong cuộc sống và trong học tập giảng dạy! TP. Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2013 Sinh viên Nguyễn Minh Quyền iii NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN ....................................................................................................................................... .. ..................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... Phần đánh giá:  Ý thức thực hiện: ................................................................................................  Nội dung thực hiện: ............................................................................................  Hình thức trình bày: ............................................................................................  Tổng hợp kết quả: ............................................................................................... Điểm bằng số: .................................... Điểm bằng chữ: ....................................... Tp. Hồ Chí Minh, ngày ..... tháng ..... năm 2013 Giáo viên hƣớng dẫn iv NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... Phần đánh giá:  Ý thức thực hiện: ........................................................................................  Nội dung thực hiện: ...................................................................................  Hình thức trình bày: ...................................................................................  Tổng hợp kết quả: ...................................................................................... Điểm bằng số: ............................... Điểm bằng chữ: .................................... Tp. Hồ Chí Minh, ngày ..... tháng ..... năm 2013 Giáo viên phản biện v MỤC LỤC CHƢƠNG 1 – TỔNG QUAN ...................................................................................... 1 ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................................................. 1 1.1 TỔNG QUAN VỀ NHỰA PVC ............................................................................... 2 1.1.1 Giới thiệu PVC ............................................................................................... 2 1.1.2 Lịch sử phát triển của nhựa PVC ................................................................... 5 1.1.3 Tổng hợp polyvinylclorua (PVC) ................................................................... 8 1.1.4 Tính chất của PVC .......................................................................................... 9 1.1.5 Các phƣơng pháp gia công PVC .................................................................. 12 1.1.6 Ứng dụng của PVC ....................................................................................... 13 1.1.7 Hƣớng tới tƣơng lai của PVC ....................................................................... 17 1.2 CLO TRONG CHẤT THẢI PVC VÀ ẢNH HƢỞNG CỦA NÓ........................... 17 1.2.1 Hợp chất clo hữu cơ ..................................................................................... 17 1.2.2 Ảnh hƣởng của hợp chất clo hữu cơ đến môi trƣờng và con ngƣời ............. 19 1.2.3 Một số phƣơng pháp xử lý hợp chất clo hữu cơ ........................................... 19 1.2.4 Giải quyết vấn đề về môi trƣờng của rác thải PVC ...................................... 22 1.3 - TỔNG QUAN VỀ VỎ SÒ .................................................................................... 25 1.3.1 Giới thiệu vỏ sò ............................................................................................ 25 1.3.2 Sự hình thành vỏ sò ...................................................................................... 26 1.3.3 Cấu tạo và thành phần vỏ sò ......................................................................... 26 CHƢƠNG 2 – THỰC NGHIỆM ............................................................................... 28 2.1 Tóm tắt nội dung nghiên cứu ........................................................................... 28 2.2 Mẫu, dụng cụ, thiết bị thực nghiệm ......................................................................... 28 2.2.1 Dụng cụ ........................................................................................................ 28 vi 2.2.2 Thiết bị .......................................................................................................... 29 2.2.3 Hóa chất & vật liệu thí nghiệm .................................................................... 29 2.2.4 Chuẩn bị mẫu ................................................................................................ 29 2.3 Phƣơng pháp đánh giá ............................................................................................. 30 2.3.1 Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (XRD) ............................................................. 30 2.3.2 Phƣơng pháp huỳnh quang tia X (XRF) ....................................................... 32 2.3 Quy trình thực nghiệm ............................................................................................. 34 2.3.1 Thử nghiệm xử lý PVC bằng Canxi hidroxit Ca(OH)2 ................................ 34 2.3.2 Xử lý Clo trong PVC bằng vỏ sò.................................................................. 36 CHƢƠNG 3 – KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM, THẢO LUẬN ................................. 38 3.1 Kết quả thí nghiệm và tính toán .............................................................................. 38 3.1.1 kết quả chuẩn độ ........................................................................................... 38 3.1.2 Kết quả phân tích XRD, XRF ...................................................................... 39 2.2 Bàn luận ................................................................................................................... 40 2.2.1 Ảnh hƣởng của tỷ lệ hỗn hợp ....................................................................... 40 2.2.2 Ảnh hƣởng của nhiệt độ phản ứng ............................................................... 41 2.2.3 Ảnh hƣởng của thời gian phản ứng .............................................................. 42 CHƢƠNG 4 – KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................... 43 4.1 KẾT LUẬN ............................................................................................................. 43 4.2 KIẾN NGHỊ ............................................................................................................. 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 45 vii DANH MỤC HÌNH ẢNH & BẢNG BIỂU Hình 1.1 - Một số sản phẩm đƣợc làm từ PVC ............. Error! Bookmark not defined. Hình 1.1 - Một số sản phẩm đƣợc làm từ PVC ............................................................... 3 Hình 1.2 – Biểu đồ nhu cầu chất dẻo năm 2012 của thế giới .......................................... 3 Hình 1.3 - Tỷ lệ các phân đoạn của quá trình lọc dầu của Nhật Bản năm 2001 ............. 4 Hình 1.4 - Sơ đồ phát triển ngành hóa dầu ở Việt Nam .................................................. 7 Bảng 1.1 – một số thông số vật lý của PVC cứng và PVC dẻo .................................... 10 Hình 1.5 - Biểu đồ tiêu thụ hợp chất clo trên thế giới năm 2005 ................................. 18 Hình 1.6 – Sò lông ......................................................................................................... 25 Hình 2.1 - Tƣơng tác giữa tia Rơnghen và mạng tinh thể ............................................. 31 Hình 2.2 – Quy trình xử lý Clo trong PVC bằng Ca(OH)2 ........................................... 36 Hình 2.3 – Quy trình xử lý Clo trong PVC bằng vỏ sò ................................................. 37 Bảng 2.2 – Kết quả xử lý mẫu ....................................................................................... 38 1 CHƢƠNG 1 – TỔNG QUAN ĐẶT VẤN ĐỀ Poly-vinyl clorua (PVC [-CH2-CHCl-]n) có những tính chất tuyệt vời nhƣ chống ăn mòn và hóa chất, độ cứng linh hoạt, hiệu quả tiết kiệm chi phí tốt hơn so với các loại nhựa khác, dẫn đến việc sản xuất rộng rải các mặt hàng và các ứng dụng công nghiệp lĩnh vực xây dựng, nông nghiệp và y tế đóng vai trò quan trọng trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta. Tuy nhiên, sau khi sử dụng các sản phẩm PVC nhƣ vậy, phần lớn sẽ kết thúc nhƣ là chất thải. Đốt chất thải nhựa bao gồm PVC cho năng lƣợng phục hồi là một phƣơng pháp thông thƣờng đối với chất thải rắn thông thƣờng, tuy nhiên, quá trình đốt cháy chất thải PVC sản xuất axít clohiđric, khí clo và các chất dioxin gây ra các vấn đề môi trƣờng nghiêm trọng. Một số phƣơng pháp đã đƣợc đề xuất nhƣ xử lý trong lò cao, lò quay và hóa lỏng đã ủng hộ đặt ra để xử lý chất thải nhựa PVC Một số lƣợng lớn các nghiên cứu đƣợc tiến hành trên toàn thế giới để phát triển các phƣơng pháp tái chế chất thải nhựa, và mỗi là có liên quan về kiểm soát thích hợp trong clo trong PVC, để ngăn chặn phát hành các chất độc hại nhƣ khí HCl, dioxin và các hydrocacbon.... Đề tài này nghiên cứu về một quá trình trong đó phân hủy do nhiệt và hóa đƣợc kết hợp trong một lò phản ứng để chuyển đổi HCl trong PVC thành canxi clorua bởi sự hiện diện của CaCO3 và Ca(OH)2. Họ đã tìm thấy rằng clo trong PVC hòa tan trong nƣớc là axit HCl, và không có các hợp chất clo hữu cơ độc hại đã đƣợc quan sát thấy. Quá trình hai giai đoạn mà clo đƣợc loại bỏ trong giai đoạn nhiệt phân và clo nguyên liệu đƣợc tiếp tục đun nóng hợp chất CaCO3 đến kết quả phát triển của cấu trúc xốp. Thí nhiệm có thể áp dụng tất cả các chất có liên quan đến chất thải nhựa chứa PVC hoặc có liên quan về sự kiểm soát của Clo trong cấu trúc của nó. một con đƣờng khác có thể xảy ra trong việc xử lý bằng plastic clo hóa nhƣ PVC là để loại bỏ clo trong PVC trong một quá trình riêng biệt và thân thiện với môi trƣờng, các chất hữu cơ còn lại có thể đƣợc phục hồi năng lƣợng. Zhang et al. (1999) đã đề xuất một quy trình mới 2 lạ cho quá trình đề clo hóa trong PVC bằng một quá trình chuyển hóa cơ – hóa. Xử lý chất thải vỏ sò chủ yếu bao gồm CaCO3 (canxi cacbonat) tích cực đƣợc áp dụng trong các ngành công nghiệp nhƣ đất xử lý, cát đầm và tổng hợp xi măng và xây dựng đƣờng bộ, và loại bỏ phosphate từ nƣớc thải. Số tiền rất lớn đƣợc tiết kiệm từ vỏ sò và vỏ của các loại động vật tƣơng tự đƣợc tích lũy từ các cơ sở nuôi trồng, đánh bắt thủy hải sản dọc theo bờ biển và từ các cửa hàng thực phẩm có thể đƣợc sử dụng thay vì các phƣơng pháp xử lý khác trong việc xử lý Clo trong các chất thải nói chung cũng nhƣ PVC nói riêng. Theo các báo cáo từ bộ Nông nghiệp thì ƣớc tính tổng sản lƣợng vỏ sò của nƣớc ta là khoảng 250.000 tấn mỗi năm. Trong bài báo cáo này, tôi đã xem xét khả năng kết hợp xử lý của cả hai chất thải vỏ sò và vật liệu PVC nhƣ là bắt đầu có hiệu lực khử clo bằng biến đổi hóa – cơ (mechanochemical) PVC đồng mài với chất thải sò vỏ. 1.1 TỔNG QUAN VỀ NHỰA PVC 1.1.1 Giới thiệu PVC Cùng với việc phát triển công nghiệp dầu mỏ và khí thiên nhiên, các sản phẩm hóa chất hữu cơ cũng đạt đƣợc sự phát triển nhảy vọt nhờ sự kết hợp (danh từ thông dụng hiện nay là sự tích hợp – intergration) nhanh chóng với công nghệ lọc dầu. Sản phẩm hóa học từ dầu mỏ mở ra một ngành mới: ngành hóa dầu. Trong đó, Nhựa tổng hợp là sản phẩm có sản lƣợng lớn và giá trị nhất. Polyvinylclorua (PVC) là một loại nhƣạ tổng hợp đƣợc bằng cách trùng hợp vinylclorua monomer (MVC): n CH2= CHCl → -(- CH2– CHCl -)- n Hiện nay PVC là loại nhựa nhiệt dẻo đƣợc sản xuất và tiêu thụ nhiều thứ 3 trên thế giới (sau polyethylen – PE và Polypropylene - PP). Hình 1cho ta bức tranh tổng thể về nhu cầu các loại chất dẻo của thế giới năm 2012. 3 Hình 1.1 - Một số sản phẩm được làm từ PVC Hình 1.2 – Biểu đồ nhu cầu chất dẻo năm 2012 của thế giới Trong thời đại hiện nay,chúng ta hầu nhƣ sống trong một môi trƣờng bị bao quanh bởi các loại nhựa tổng hợp. Điều đó làm cho nhiều ngƣời lầm tƣởng là chúng ta đã tiêu thụ quá nhiều dầu mỏ để sản xuất chất dẻo. Ngoài ra, mỗi khi bàn luận vấn đề liên quan đến chất thải có nguồn gốc từ dầu mỏ, ngƣời ta hay đổ lỗi cho các loại chất dẻo. Thực tế không phải nhƣ vậy. Theo số liệu năm 2001 của Bộ Công Thƣơng quốc tế Nhật Bản, có tới 85% lƣợng dầu đƣợc dùng cho các phƣơng tiện vận tải cho các xí nghiệp, nhà máy nhiệt điện để sƣởi ấm... Còn Naphta, nguyên liệu chính cho công nghiệp hóa dầu, chỉ chiếm 14% tổng sản lƣợng dầu mỏ tiêu thụ (xem Hình 2). 22% 21% 11% 11% 17% 2% 4% 6% 7% Hình 1: Nhu cầu chất dẻo năm 2012 của thế giới PVC PP LDPE LLDPE HDPE PC ABS PS 4 Hình 1.3 - Tỷ lệ các phân đoạn của quá trình lọc dầu của Nhật Bản năm 2001 Thành phần PVC có đặc thù mà các loại nhƣạ khác không có: Trong phân tử monomer VMC (CH2=CHCl) có tới gần 60% khối lƣợng là từ clo (Cl), clo đƣợc hình thành qua quá trình điện phân muối ăn (NaCl). Do đó có thể nói rằng, PVC đƣợc hình thành từ 60% muối ăn.Với sản lƣợng nhựa hiện nay, để sản xuất PVC chỉ cần 0,5% tổng sản lƣợng dầu tiêu thụ. Điều này rất quan trọng, nhất là trong giai đoạn hiện nay khi dầu mỏ đang là một vấn đề nóng trên thế giới. Với giá cao ngất ngƣỡng, dầu mỏ và các sản phẩm từ dầu mỏ không chỉ còn đơn thuần là vấn đề kinh tế. Trong khi đó, nhờ đặc tính trên, PVC ít phụ thuộc vào sự biến đổi của dầu mỏ hơn so với những loại polyme đƣợc tổng hợp từ 100% dầu mỏ. Tại mọi thời điểm, giá của PVC bao giờ cũng thấp hơn khoảng từ 20 - 30% so với các loại chất dẻo cùng đƣợc ứng dụng rộng rãi khác nhƣ PE, PP và PS,… Ƣu điểm thứ hai là do clo đem lại cho PVC. Đó là tính kìm hãm sự cháy. Cũng chính vì đặc điểm này mà PVC gần nhƣ chiếm vị trí độc tôn trong lĩnh vực xây dựng dân dụng. Về mặt ứng dụng, PVC là loại nhựa đa năng nhất. Giá thành rẻ, đa dạng trong ứng dụng, nhiều tính năng vƣợt trội là những yếu tố giúp cho PVC trở thành vật liệu lý tƣởng cho hàng loạt ngành công nghiệp khác nhau: Xây dựng dân dụng, kỹ thuật điện, vô tuyến viễn thông, dệt may, nông nghiệp, sản xuất ôtô, xe máy, giao 20.20% 16.40% 14.50% 13% 1.60% 34.20% Tỷ lệ các phân đoạn sản phẩm của quá trình lọc dầu - Nhật Bản 2001 Xăng Dầu diesel Naphta Dầu hỏa Dầu cho động cơ phản lực Dầu nặng 5 thông vận tải, hàng không, y tế...Ở bất kỳ đâu chúng ta đều bắt gặp sự hiện diện của PVC. 1.1.2 Lịch sử phát triển của nhựa PVC 1.1.2.1 PVC trên thế giới PVC có quá trình phát triển hơn 100 năm nay. Năm 1835 lần đầu tiên nhà hóa học Liebig đã tổng hợp đƣợc vinylclorua. Vào năm 1872 Baumann lần đầu tiên tổng hợp ra PVC. Đến năm 1933, nhiều dạng PVC đã đƣợc tổng hợp ở Mỹ và Đức. Tuy nhiên, đến năm 1937 PVC mới đƣợc sản xuất trên quy mô công nghiệp hoàn chỉnh tại Đức.Việc tiến sĩ hóa học ngƣời Đức Waldo Simon vô tình phát hiện ra những đặc tính quý báu của PVC có thể thay thế cao su trong hàng loạt ứng dụng và nhất là nhu cầu to lớn về nguyên vật liệu phục vụ cho cuộc chiến tranh thế giới thứ hai cũng nhƣ sau đó là phục vụ cho việc khắc phục hậu quả chiến tranh, phát triển đất nƣớc đã thúc đẩy ngành công nghiệp sản xuất PVC phát triển nhanh chóng ở nhiều nƣớc nhƣ Mỹ, Đức, Anh và Nhật Bản. Có thể lấy nƣớc Anh để minh họa