MỤC LỤC
Phần I . Lí do chọn đề tài
Phần II . Tổng quan vấn đề nghiên cứu , điểm mới , tính sáng tạo
1. Mục đích nghiên cứu
2. Tính sáng tạo của đề tài
Phần III . Quá trình nghiên cứu và kết quả
1. Nguyên liệu và dụng cụ thí nghiệm
Giới thiệu về chất lỏng ion
2. Nội dung nghiên cứu
3. Phương pháp tiến hành
4. Kết quả nghiên cứu
5. Hướng nghiên cứu từ nay đến tháng 3 - 2015
Phần IV . Tài liệu tham khảo
I . LÍ DO LỰA CHỌN ĐỀ TÀI
Ngày nay, cùng với sự phát triển của xã hội, những nguồn nhiên
liệu thiên nhiên không đủ để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con
người cả về số lượng và chất lượng. Điều này đã thôi thúc các nhà khoa
học nghiên cứu và phát triển các loại vật liệu mới đáp ứng nhu cầu của
con người. Vì vậy mà các loại vật liệu nhân tạo và tổng hợp bắt đầu ra
đời và phát triển nhanh chóng. Chỉ trong một thời gian không lâu, các
loại vật liệu này đã mang lại lợi ích to lớn cho con người bởi sự đa dạng
về chủng loại cũng như chất lượng . Một trong số đó là nhựa.
Nhựa , hay còn gọi là chất dẻo, là các hợp chất cao phân tử, được
dùng làm vật liệu để sản xuất nhiều loại vật dụng trong đời sống hằng
ngày như là:áo mưa, ống dẫn điện... cho đến những sản phẩm công
nghiệp, gắn với đời sống hiện đại của con người. 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. Chất dẻo còn được sử dụng rộng
rãi để thay thế cho các sản phẩm làm bằng: vải, gỗ, da, kim loại, thủy
tinh. Vì chùng bền, nhẹ, khó vỡ, nhiều màu sắc đẹp.
Chất dẻo thường các chất tổng hợp có nguồn gốc từ các sản phẩm
hóa dầu nên có khả năng tái chế thành nhiên liệu
II . TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1. Mục đích nghiên cứu
-
Giảm lượng rác thải thải ra môi trường , qua đó cải thiện tình trạng ô
nhiễm môi trường .
- Tạo ra một nguồn nhiên liệu mới không phụ thuộc vào dầu mỏ.
Trong đề tài này chúng em sử dụng chủ yếu là nhựa polyetylen
terephtalat (PET) .
2. Tính sáng tạo của đề tài
Trước đây phương pháp nhiệt phân nhựa từng được sử dụng để thu hồi
năng lượng hóa học lưu trữ trong chất thải nhựa dạng năng lượng nhiệt .
Nhưng phương pháp này ít được sử dụng vì nó thải ra môi trường nhiều
khí thải trong quá trình phản ứng , gây hại cho môi trường sinh thái và
sức khỏe con người .
Trong đề tài nghiên cứu này chúng em sử dụng chất lỏng ion làm xúc
tác cho quá trình sản xuất này .
III . QUÁ TRÌNH NGHIÊN CỨU VÀ KẾT QUẢ
1 . Nguyên liệu và dụng cụ thí nghiệm
1.1 . Nhựa PET
Nhựa PET thải được lấy từ vỏ chai nước , được rửa sạch , cắt nhỏ , sấy
khô trong tủ hút chân không ở 90°C .
Nhựa polyetylen viết tắt là PET , PETE hoặc PETP là một loại nhựa
dẻo polyme , nhựa của polyeste và được sử dụng trong sợi tổng hợp , vật
đựng nước giải khát , thực phẩm và chất lỏng khác , nhựa kĩ thuật thường
kết hợp với sợi thủy tinh.
PET thường ở dạng vô định hình (trong suốt )hay polyme bán tinh
thể . Các vật liệu có thể xuất hiện trong suốt ( kích thước hạt < 500 nm),
hoặc đục trắng ( hạt có kích thước lên đến vài µm ).
PET có thể được bọc bởi vỏ cứng hay làm vỏ cứng bọc vật dụng , tùy
thuộc vào bề dày lớp và lượng nhựa cần thiết . Nó tạo thành một màng
chống thấm khí và ẩm tốt . Chai PET chứa được các loại thức uống như
rượu và các loại khác , bền và chịu được va đập mạnh . PET có màu tự
nhiên với độ trong suốt cao. Nhựa PET thải khá nhiều chiếm khoảng 6%
tổng lượng rác thải nhựa thải ra môi trường.
Một số tính chất hóa lý của PET được đưa ra trong bảng sau:
Nhựa PET
Công thức phân tử
(C10H8O4)n
Tỷ trọng vô định hình
1,370 g/cm3
Tỷ trọng tinh thể
1,455 g/cm3
Nhiệt độ nóng chảy
260°C
Nhiệt dung riêng (c)
1.0kJ/kgK
Độ hút nước (ASTM)
0,16
Một trong những đăc tính quan trọng của PET là độ nhớt .
Độ nhớt phụ thuộc vào độ dài mạch polymer. Độ dài mạch càng dài thì
độ nhớt càng cao. Vì vậy nhựa PET rất phù hợp với việc sản xuất nhiên
liệu .
1.2 . Chất lỏng ion
Chất lỏng ion 1-butyl- 3 –metyl – imidazoli chloride được tổng hợp sẵn
từ trường Đại học Mỏ - Địa chất .
CHẤT LỎNG ION
Chất lỏng ion (Ionic Liquids) viết tắt là ILs là hợp chất ion (muối) có
nhiệt độ nóng chảy dưới 100°C , thường là chất lỏng ở nhiệt độ phòng . Chất
lỏng ion được tạo thành từ cations hữu cơ (amoni , sunfoni , photphoni ) và
anion vô cơ ( thường là halogen hoặc anion sunfat hữu cơ )
. ILs có phần
cation thường là 1-ankyl 3-metyl imidazolium (MIM) ví dụ như BMIM thì gốc
ankyl là butyl.
Một số tính chất của chất lỏng ion :
- Gần như không tồn tại áp xuất hơi . Vì vậy các phản ứng nhiệt phân có
chất lỏng ion thường không gây cháy nổ .
- Có điểm phân hủy khoảng 300-350°C nếu tăng thêm nhiệt độ thì chất
lỏng ion sẽ phân hủy chứ không bay hơi .
- ILs có độ dẫn ion khá cao, ở nhiệt dộ 25°C , các ILs có nhân cation là
1,3-dialkylimidazolium có độ dẫn ion khoảng vìa chục mS/cm (Simend là
đơn vị nghịch đảo của đơn vị điện trở khoáng Ohm )
- ILs là muối như nhiều muối hữu cơ khác nhưng có khả năng hòa tan
trong nhiều dung môi hữu cơ phân cực.
- ILs khá bền mà lại không bay hơi trong điều kiện 2-300°C đó là điều kiện
lí tưởng để ILs trở thành dung môi than thiện với môi trường
- ILs có khả năng hòa tan 1 dãy khá rộng các chất hữu cơ , vô cơ cũng như
các hợp chất cơ kim
- Các chất lỏng ion có khả năng hòa tan tốt các khí H2 ,CO2, CO,O2
- Chất lỏng ion có tốc độ phản ứng lớn nhất là khi có sự hỗ trợ của vi sóng
(microwave)
- Chất lỏng ion có thể lưu trữ trong 1 thời gian dài mà không bị phân hủy
Phương pháp tổng hợp chất lỏng ion
Thông thường để tổng hợp chất lỏng ion cần thực hiện hai bước sau :
- Bước tạo cation mong muốn
- Bước trao đổi anion để tạo thành sản phẩm .
Bước đầu tiên là sự tạo muối amoni hoặc muối phophoni bằng cách ankyl
hóa , trong rất nhiều trường hợp chỉ cần một bước này để thu được sản phẩm
mong muốn.
Nếu ở bước 1 chưa tạo thành sản phẩm mong muốn thì cần phải có bước
thứ hai là trao đổi anion .
Nếu muốn tổng hợp các chất lỏng ion dạng muối ở dạng muối halogenua
thì cần phải thêm axit Lewis ( ví dụ AlCl3 )
Các phương trình phản ứng như sau :
[R’R3N]+[X] + AlCl3 → [R’R3N]+[AlCl4¯]
[R’R3N]+[AlCl4¯] + AlCl3 → [R’R3N]+[Al2Cl7¯]
[R’R3N]+[Al2Cl7¯] + AlCl3 → [R’R3N]+[Al3Cl10¯]
1.3 . Các dụng cụ thí nghiệm chính
• Lò phản ứng nhiệt phân
• Lò phản ứng hidrocracking
• Bình cất có cột cất phân đoạn
2 . Nội dung nghiên cứu
• Nội dung 1 : Nghiên cứu quá trình sản xuất nhiên liệu từ nhựa phế thải
• Nội dung 2 : Đánh giá chất lượng sản phẩm thu được
3 . Phương pháp tiến hành
Chúng em đã tiến hành 2 thí nghiệm rồi so sánh sản phẩm thu được qua
quá trình sản xuất để kiểm nghiệm tác dụng của chất lỏng ion .
Thí nghiệm 1 :
• Bước 1 : Thu gom nhựa PET đã qua sử dụng . Cắt nhỏ rồi sấy khô.
•Bước 2 : Nhiệt phân ở nhiệt độ 380°C trong khoảng 6-8 tiếng .
•Bước 3 : Các loại dầu nhẹ dầu dễ bay hơi được loại bỏ bằng dung dịch
HCl → Ta thu được 1 dung dịch gọi là sản phẩm A.
•Bước 4 : Cho sản phẩm A tác dụng với H2 . Chưng cất sản phẩm thu
được .
•Bước 5 : Những vật liệu trơ , màng nhăn sau bước 5 được loại bỏ → ta
thu được 1 lượng hidrocacbon gọi là sản phẩm B .
•Bước 6 : Cho sản phẩm B vào lò hiđrocracking để tạo thành sản phẩm
Thí nghiệm 2 :
•Bước 1 : Thu gom nhựa đã qua sử dụng . Cắt nhỏ nhựa rồi xấy khô .
•Bước 2 : Nhiệt phân nhựa trong khoảng 340°C trong 1-2 giờ rồi tăng
nhiệt độ thêm khoảng 30-50°C trong khoảng 30 phút.
•Bước 3 : Sau khi nhiệt phân ta thu được 1 lượng chất lỏng gọi là sản
phẩm A . Chất rắn còn lại sau phản ứng được rửa sạch , xấy khô để đo độ
chuyển hóa và độ chọn lọc .
•Bước 4 : Các loại dầu nhẹ dầu dễ bay hơi được loại bỏ bằng dung dịch
HCl .
•Bước 5 : Cho sản phẩm thu được sau bước 4 phản ứng với H 2 với xúc tác
chất lỏng ion . Ta thu được 1 lượng hỗn hợp trong bình phản ứng gọi là sản
phẩm B . Chưng cất sản phẩm B .
•Bước 6 : Loại bỏ các vật liệu trơ và màng nhăn trong bình còn lại sau
bước 5 . Ta thu được 1 lượng chất lỏng hidrocacbon gọi là sản phẩm C .
•Bước 7 : Đưa sản phẩm C vào lò hidrocracking để tạo thành nhiên liệu
cần sản xuất .
Một số công thức tính toán trong quá trình sản xuất
Độ chuyển hóa
Độ chuyển hóa được tính bằng công thức
ω−ω '
Độ chuyển hóa ¿ ω
×100%
ω là lượng nguyên liệu đưa vào phản ứng (g)
ω′ là lượng sản phẩm thu được (g)
Hiệu suất phản ứng
Hiệu suất phản ứng được tính bằng công thức
Hiệu suất phản ứng=
α'
α ×100%
Trong đó :
α′ là khối lượng sản phẩm thu được trong thực tế (g)
α là khối lượng sản phẩm thu được trong lí thuyết (g)
4 . Kết quả
Đang trong quá trình tiến hành nên chưa ra kết quả
5 .Hướng nghiên cứu từ nay đến tháng 3 - 2015
Sử dụng vi sinh vật trong quá trình sản xuất nhiên liệu và phụ gia gốc
phenol nhằm tăng chất lượng và sản lượng của sản phẩm .
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1 . Nghiên cứu tổng hợp phụ gia đa chức năng phenol – imidazolin cho sản xuất
nhiên liệu sinh học
2 . Nghiên cứu quá trình chuyển hóa nhựa polyetylen terephtalat thải thành hóa
chất có ích
- Xem thêm -