Tổng hợp vật liệu xúc tác cho quá trình nhiệt phân poli propilen theo định hướng chọn lọc sản phẩm lỏng
Đề tài do Đỗ Thanh Duy, Trường THPT Nguyễn Đình Chiểu chọn làm luận văn tốt nghiệp của mình với mục tiêu thực hiện tổng hợp vật liệu xúc tác cho quá trình nhiệt phân nhựa PP thu hồi sản phẩm nhiên liệu lỏng có chỉ số olefin thấp (đáp ứng Tiêu chuẩn Việt Nam về các sản phẩm xăng dầu).
Tác giả đã thực hiện nhiệt phân không xúc tác nhựa PP, thu hồi sản phẩm lỏng; phân tích và xác định thành phần của sản phẩm lỏng thu hồi, từ đó định hướng chế tạo vật liệu xúc tác phù hợp với mục tiêu nghiên cứu; điều chế chất xúc tác trên nền zeolit ZSM-5; xác định đặc trưng và hoạt tính của vật liệu xúc tác thông qua quá trình nhiệt phân xúc tác nhựa PP, PP thải; phân tích và xác định thành phần của sản phẩm lỏng thu hồi từ quá trình nhiệt phân xúc tác.
Nhựa (chất dẻo) là các hợp chất cao phân tử (polime), được tạo thành từ phản ứng cộng hợp nhiều mắc xích gọi là monome. Khi nói về nhựa người ta thường nói về năm mặt hàng nhựa chính: poli propilen (PP), poli etylen (PE), poli (vinyl clorua) (PVC), poli styren (PS) và poli (etylen terephtalat) (PET); ngoài ra còn nhiều loại nhựa khác được sử dụng với lượng ít hơn. Chúng là những vật liệu có khả năng bị biến dạng khi chịu tác dụng của nhiệt, áp suất và vẫn giữ được sự biến dạng đó khi thôi tác dụng. Do các đặc tính đặc biệt hữu dụng như: nhẹ, cách điện, cách nhiệt, dễ tạo hình, dễ nhuộm màu sắc, giá thành rẻ, vô cùng tiện lợi nên các sản phẩm từ nhựa đang dần thay thế các vật liệu truyền thống có giá thành cao như: đồ vật bằng kim loại, gỗ, túi da...
Nhựa có nguồn gốc từ các sản phẩm hóa dầu. Trước khi tạo thành sản phẩm, các polime này được pha trộn thêm các phụ gia để tăng cường một số tính chất lí hóa. Chính các chất phụ gia này góp phần làm tăng các tính chất của nhựa như: tính dẻo, tính cách nhiệt, cách điện, chống lão hóa, chống mài mòn, bền hơn,… từ đó làm đa dạng các ứng dụng của nhựa và chúng ngày càng được ưa chuộng hơn.
Theo ước tính của Hiệp hội Nhựa Việt Nam (VPA), mức tiêu thụ nhựa bình quân đầu người tại Việt Nam có xu hướng tăng cao qua các năm. Nếu như năm 2008, mức tiêu thụ nhựa bình quân đầu người đạt 22 kg/người/năm; năm 2010 là 30 kg/người/năm thì hiện nay con số này đạt trên 35kg/người/năm. Nhưng mức tiêu thụ này vẫn thấp hơn so mức bình quân 37kg/người trong năm 2012 trên thế giới và mức 120 kg/người tại Hoa Kỳ hay châu Âu. Theo dự báo Bộ Công Thương, mức tiêu thụ nhựa bình quân của người dân Việt Nam sẽ tăng lên 45kg/người vào năm 2020.
Nhìn chung tình hình sản xuất nhựa của Việt Nam nói riêng và thế giới nói chung sẽ còn tăng trưởng mạnh trong thời gian sắp tới. Không thể phủ nhận ngành sản xuất và chế biến nhựa đã góp phần phát triển kinh tế, góp phần phục vụ cho nhu cầu về vật liệu cho con người, nhưng bên cạnh đó rác thải từ sản phẩm nhựa cũng đang là vấn đề nghiêm trọng tác động trực tiếp đến môi trường sống của con người.
Khi rác thải được chôn lấp vào trong đất, một số vi khuẩn sẽ phân hủy nhựa, quá trình này làm cho khí metan được tạo ra, đây là một loại khí gây hiệu ứng nhà kính mạnh. Ngoài ra do việc lạm dụng các hóa chất vào trong quá trình sản xuất nhựa, các hóa chất này có khả năng gây ung thư và gây rối loạn nội tiết. Một số chất phụ gia được sử dụng là chất làm dẻo và chất chống cháy.
Khi được thải ra môi trường mà không được thu gom, chất thải nhựa gây ra nhiều vấn đề phiền toái như: mất mỹ quan, làm nghẽn cống rảnh thoát nước. Khi được thải ra sông hồ, đại dương, chất thải nhựa gây nghẽn dòng chảy, che lấp bề mặt nước, gây hại cho các loại thủy hải sản.
Dựa trên kết quả thực nghiệm, tác giả có một số kết luận như sau:
1. Chất mang ZSM-5 có thành phần pha H0,32Al0,32Si95,68O192, diện tích bề mặt riêng 273 m2/g, thể tích lỗ xốp 0,21 cc/g, có thể đóng vai trò chất xúc tác cho quá trình nhiệt phân nhựa PP, với hiệu quả kéo giảm hàm lượng olefin trong thành phần sản phẩm nhiên liệu lỏng, đồng thời làm tăng tỉ phần các hidrocacbon mạch nhánh, tiến đến làm tăng chỉ số octan của sản phẩm lỏng.
2. Chất xúc tác La2O3/ZSM-5, là một chất xúc tác rắn Lewis, diện tích bề mặt riêng 213 m2/g, thể tích lỗ xốp 0,16 cc/g, được dùng trong phản ứng nhiệt phân nhựa PP thải có thể làm giảm sâu tỉ phần olefin trong sản phẩm nhiên liệu lỏng xuống 18%, tăng tỉ phần hidrocacbon mạch nhánh lên trên 80%.
3. Chất xúc tác Y2O3/ZSM-5 là một chất xúc tác rắn Lewis, diện tích bề mặt riêng 175 m2/g, thể tích lỗ xốp 0,15 cc/g, được dùng trong phản ứng nhiệt phân nhựa PP thải có thể làm giảm sâu tỉ phần olefin trong sản phẩm nhiên liệu lỏng xuống 11%, tăng tỉ phần hidrocacbon mạch nhánh lên trên 88%.
Châu Nam (Xem toàn văn đề tài tại Trung tâm Thông tin và Thống kê KHCN)