MỤC LỤC

MỞ ĐẦU ……………………………………………………………………….1
CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN 3
1.1. Tổng quan về cao su ……………………………………………………….3
1.1.1. Cao su thiên nhiên ……………………………………………………….4
1.1.2. Cao su tổng hợp ………………………………………………………….6
1.1.3. Các chất phối trộn với cao su 9
1.2. Hiện trạng ô nhiễm cao su phế thải 11
1.2.1. Hiện trạng ô nhiễm cao su phế thải trên thế giới ………………………11
1.2.2. Hiện trạng ô nhiễm cao su phế thải tại Việt Nam …………………… 12
1.3. Các phƣơng pháp xử lý cao su phế thải 13
1.3.1. Chôn lấp cao su phế thải ……………………………………………… 13
1.3.2. Thiêu đốt cao su phế thải ……………………………………………….13
1.3.3. Tái chế cao su phế thải 15
1.4. Lý thuyết quá trình nhiệt phân cao su phế thải 19
1.4.1. Đặc điểm nhiệt động học và động học các phản ứng chính xảy ra dƣới tác
dụng của nhiệt 20
1.4.2. Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình nhiệt phân 21
1.5. Giới thiệu về phản ứng cracking xúc tác 23
1.5.1. Tổng quan cơ chế xúc tác và vai trò của xúc tác 23
1.5.2. Quá trình cracking xúc tác …………………………………………… 24
1.5.4. Chất xúc tác cracking ………………………………………………… 25
CHƢƠNG 2 ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 34
2.1. Đối tƣợng nghiên cứu 34
2.2. Thực nghiệm 34
2.2.1. Hóa chất, vật liệu ………………………………………………………34
2.2.2. Dụng cụ ……………………………………………………………… 35
2.2.3. Các thiết bị …………………………………………………………… 35
2.2.4. Sơ đồ thiết bị và thực nghiệm 35
2.2.5. Xác định tính chất của các sản phẩm thu đƣợc …………………………37

CHƢƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ………………………………….44
3.1. Khảo sát xúc tác sử dụng cho quá trình nhiệt phân 44
3.1.1. Zeolit 44
3.1.2. Phổ SEM của Bentonit giàu montmorillonit 46
3.2. Ảnh hƣởng của nhiệt độ và tỷ lệ xúc tác đến hiệu suất của quá trình phân
hủy nhiệt cao su phế thải 47
3.2.1. Độ giảm khối lƣợng cao su phế thải ……………………………………47
3.2.2. Lƣợng sản phẩm lỏng thu đƣợc từ quá trình phân hủy nhiệt cao su ……49
3.2.3. Sản phẩm khí thu đƣợc sau quá trình phân hủy nhiệt đối với cao su … 50
3.2.4. Đánh giá ảnh hƣởng của nhiệt độ và xúc tác tới quá trình phân hủy nhiệt
đối với cao su ………………………………………………………………….51
3.3. Khảo sát sản phẩm rắn, lỏng, khí sau phản ứng ……………………… 53
3.3.1. Sản phẩm rắn ………………………………………………………… 53
3.3.2. Sản phẩm lỏng ………………………………………………………….55
3.2.3. Thành phần khí ……………………………………………………… 63
3.2.4. Đánh giá ảnh hƣởng của xúc tác tới quá trình phân hủy nhiệt xúc tác cao
su phế thải …………………………………………………………………… 68
3.4. Mẫu xúc tác sau phản ứng ……………………………………………….69
KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 71
TÀI LIỆU THAM KHẢO …………………………………………………….73


1

MỞ ĐẦU

p k g n kinh t  
 ng ctic thu
c t  v cht th
nhio ra chng hp ph

th 

n 3,4 triu tp [16], 
M n 4,6 triu tn [24c thi b 
t B

i gn 1 triu tn ph thi cao su [13]. Vit
Nam vi s ng xe gc 20 triu chic, ci,
n sn xun ph



 i
ng khong 400.000 tn ph liu cao su [12c s 
thc ln i vi ng sng ci. Hu ht cht thi  cao su
ph thi ry, bn vc, sinh hc, v
i mt kho t.
Mi ca ph thm th y nu
  cp [14]. Nu s dng
t cao su ph thi  nhi 
y, vi s 
ng cao su ph th
cn phng x  tn dng nguc hn ch
n mc thp nht ng ca loi cht thi vi ng.


  , 



































. 
























 





















 t 

 
2

ng. , 













 

 , 


, ng 



u 

 Vit
Nam s u tn dng ngu 
lp ph th n hn ch. Do v 
  a ch u ca lun
 Nghiên cứu xử lý cao su phế thải bằng phƣơng pháp hóa nhiệt
xúc tác 
a lun :
Th nghig cao su ph th
p trung  mt s v sau:
- Khng ca nhi 
thi.
- Khng ca t l ph so vng cao su
n hiu suo su ph thi.
- m hn hp dc sau phn ng.
- n lc c phn y nhit i

vi cao su.









3

CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về cao su[10]
p ch  ca 
lt nhiu so vi chiu rc cu to t mt loi hoc nhiu
loi mu tc lp li nhiu ln.
i vt lit
th r  bc thng bin di
lu lt l bc
rt nh   ng bin dng chy nh n nghch ln, cao su
trong nhic s dt vt liu chu lng bin
di nh.
Hn ht h thng d th nhiu cu t
thp phn cao su
ph thun chu tc hay m 
u t trong khi cao su.
 bn nhit ca cao su ph thuc ch y
 , bng 1.1

 bn nhi c  nhit
 cao.
Bảng 1.1: Năng lượng liên kết của liên kết chính trong cao su[10]
  
hc
  
kt (kJ/mol)
  
hc
t
(kJ/mol)
C-C
349
Si-Si
233
C-O
353
S-S
243-260
Si-O
454


4

Cu tn ca cao su ph thun cht to

t  
c  gith ca
m   t

ng rt l i
 ph thu gi
 a vt lii khi nhi a cao
su gim nhanh khi nhi git cc tng hp t
mt lo  thu t, v p
x
Hit nhiu loi theo nhiu
i theo ngun gc sn
xuc s dng.
1.1.1. Cao su thiên nhiên
Cao su tự nhiên hay cao su thiên nhiên 
ao su (Hevea brasiliensisEuphorbiaceae).
  



Ficus
elasticađại kích
            



5


   -     
-


Cu tc

V m         - polyme ca
isopren.

M c t
t vi nhau  v 1,4.

ng 2%
mt vi nhau  v 
n gc t nh
t polyme c
Cao su t  nhi thy  40
o
C.
 ca cao su t y ra vi hin
ng hp th nhit. t va cao su t ng 1.2.

  gi
trit b ngh ch bi
trin mnh m
6

Bảng 1.2: Tính chất vật lý của cao su tự nhiên[10]
Đặc tính
Giá trị số
Đặc tính
Giá trị số
Kh
913 (kg/m
3
)

Nhi
)
Nhi 
tinh
-70
O
C
Na chu k kt tinh 
25
O
C
2-4 gi
H s  th

656.10
-4

(dm
3
/
O
C)
n tr 
3.10
12
-5.10
12
( m)

Nhit d

0,14.10
-4

(W/m
2
K)



1.1.2. Cao su tổng hợp
     ng vt li     ng
trong k thui s
nhu c     i s        
nh ng du chu nhi
khoa hng tng hp cao su t t hn bng
phn 
    t c mt loi cao su tng hp t
phn c Anh
i gian 1910-
o ra cht do t isopren.
Cao su tng ht di ch to vi ch
cht cht chc sc
n lt chn phc h
dng h cao su t t nhiu
ng dt cng.
7

Cao su tng hc to ra t phn 
bao gm isopren (2-methyl-1, 3-butadien), 1,3-butadien, cloropren (2-cloro-
1,3-  obutylen (methylpropen) vi m ng nh ph 

t chu trn vi
 l mong mu to phn t qu u
ng hc v
Một số loại cao su tổng hợp:
Cao su isopren
Cao su isopren nhc trong phn p 2--
c trong dung dch cacbuahydro no vi s t c

Cao su isc cu to t 94-
1,4-cis isopenten:
CH
2
H CH
3
CH
2

C C C C
CH
3
CH
2
 CH
2
H
M ca cao su isu to gn ging vi cu to
ma cao su t  t
t c
c s dng ch yu ca cao su isn
, ln php


Cao su Butadien
p t 1,3 - butadien trong dung dch.
 c 
h sn xung ch
ti trn.
8


Kh -  cacbon .
c s d ch to mt l
i, 
Cao su Butadien Nitryl
n php ca butadien-i s 
mt ca h  in.
c cu to:

 
n d c
ph thu ng du,
m 
c ng d sn xut liu chng du
mng d b 
Cao su Butadien Styren
 n ph   p 1,3-divinyl vi styren trong dung dch
cacbuahydro no vi s t ca liti h
Kh cng trong khong
 cacbon.
c tn ti  trnh
c pha trn v

 cng ln, kh t
p sn xuc s
dt l 
9

 bc t b ch
i mui.
Cao su Cloropren
c l  c l
ng tu du, chc
t bn ng du m c
su butadiennitryl. T          
u, cao su cloropren chu tp cao su cloropren
 bt b  bu ln, kh
       b   
nghin tc C - Cl l
 bn k  sn xu
nhanh  nhi thp.
1.1.3. Các chất phối trộn với cao su
M cao su t ng h to t 
c s du
sn xu tt cn thic hn
luyn vp chp ch n g
hoc h  dng l i t
rt nh n rt ln. Tt c c phi hp vc gt
phi hp. Ph thu dt phi hp trong cao su
i sau :
- Ch
- 
- Tr 

- Ch
- Chn
10

- Cho
- Cht to xp
- Mt s  : ph
 dng m
ch ca hp phu kit phi hc


Lƣu hóa nh phn c cao su 
 

hunh 
selen (Se), peroxit
   



Hình 1.1: Phản ứng lưu hóa cao su
Bng 1.3  l n theo khng cp cao su
i [19].

11

Bảng 1.3: Thành phần các chất trong săm lốp cao su
n
T l % theo khng
Cao su isopren

60-65%
B
29-31%
K
1,9  3,3 %
nh
1,1  2,1 %

2,7 %

1.2. Hiện trạng ô nhiễm cao su phế thải
1.2.1. Hiện trạng ô nhiễm cao su phế thải trên thế giới
Vt cp xe ph
thi lt v u lp xe k
s dc do nhin l


Hình 1.2: Núi lốp ô tô phế thải ở bang Ohio mỹ
12

 gii, mng mt t lc thi ra. Hu ht
cht thi t cao su ry, phi mt kho
kh t. Theo th, ch  M, mi
u chic l vi khn 4,6 triu tn c
th chic lp him tr a
p c  i 40 triu lp ph thi, 2/3 s
l    c b thi b t, to ra nhi t
ng v c khe cng. Mt s s li
th  


 n 3,4 triu tp [16]. 
c thi b t B

i
gn mt triu tn ph thi cao su [13]. a M cnh
ng, cao su ph th t trong nhng v
u th gii . Hp xe ph th
 n cho s i ci vi xe i.
Cuc su cho s di chuyp
xe b vt b u. Mt trong nhng gi 
thi  t b 
Ch  California 42 triu l dc thi ra mi
 l dng, s  lng
10 triu lp dt trng. Hin nay California Integrated
Waste Management Board (CIWMB - Ban qu  t thi tng hp
 g ng vii
 dtrong ving mi, chuy
sn phm ph th [9].
1.2.2. Hiện trạng ô nhiễm cao su phế thải tại Việt Nam
Hin nay vt c mt th  tng
cao su ph th  Vit Namng c 
13

ng.  d  t ln, vu xe gn
p, gng vi li th ca m
ng ln, Vit Nam hi
th y tin xung th 
mt ngun thi cao su ph thi khng l
tnh Qu i ra khong 228 tn l
 n li cao su ph th

1.3. Các phƣơng pháp xử lý cao su phế thải
1.3.1. Chôn lấp cao su phế thải
p cao su ph th n nh x 
ph thi. Tuy vy, vit bin n,
do cao su chim khng, th n, s ng cao su c
rt nhiu khi
ra, cao su ph th t  
nhqu xng di chuy mt. Nh
  lp ph b m
  bn v
cht vt c tn ti rt l y.
y y cao su u ki
lp u chc hc bi
2
S sinh ra t nh

1.3.2. Thiêu đốt cao su phế thải
 bin nht trong vic x  thi. Cao
m b nhi 
o
 ph thi ng
c y  nhi 538
o
C 
t tr i dt lp x
u. t ph bin hin nay
14

g yt trc ti
thu hi nhit.

Hi   x  t vn ch ym
gay c ti nhng qu, do s ng lp xe
n. u qu v ng t lp xe rt ln. 
vit cao su l p  Winchester, Virginian cho
 m nng n bi bi, . 
c sinh hot 1 qun  c b 
ch 1,3 triu USDt lp xe
ph lit v m i vi sc khe. S hiu bit  yu
t c hi ca i t lp xe ph liu u cn thii v
v. i vit cao su ph thi, qc
hi: Khi  t cao su s t
 cao m cu v t
lp xe nh mt ng ln benzo (a) pyrene, ch 
i cao ca  hp cht c hi c bibenzen (mt cht
   c bi n), vi nn  ng   mt phn triu
(ppm) b .
i vt hoc trong np nhm
thu hi nhit sn phc to ra ch y
cng. Nhng sn phm  c s d
  m gim ch t.   lp xe ng
cha nhiu hp cht n, mt s ch
  c, mt lohydrocacbon pyrolytic
 tro  hi cho  sc khe con i. 
 thi sn sinh ra
nhi
2
 Mt
15

lo sn phy c to ra trong   t lp xe ph liu

bao gm tro (carbon, km oxit, titanium dioxide, silicon dioxidesp
cht c  nh (carbon disulfit, sulfur dioxit, hydrogen sulfit), PAH
n trong y du (chng hn  benzo (a) pyren,
chrysen, vv),   loi du paraffinic naphthenic, oxit cacbon  
ht b   hydrocacbon    bao gm c xylen, toluen,
benzen,  sn phy c m rng ng 
mt nhiu yu t chng hn ni lp xe, t l, c ng, nhi
  m. phc hi sau mt giai
n lp xe ph li.

Hình 1.3: Bãi đốt cao su phế thải ở Columbia, Hoa Kỳ
1.3.3. Tái chế cao su phế thải
mt giu hiu cho vic gii quyt tri vn
 n v  cao su
ph thn. Tc thun ch 
16

p xe cao su ph th li tp xe cao su mi
m chc s dng 
dng ho.
1.3.3.1. Phục hồi chức năng của cao su:
c hu ca cao su,
 gii tc kh  
u. i
 c sn xut vi hn hp ca cao su m- .
Vi lp xe c            ng
u ti tr c sn xu
ch. Mt s u gy  ging h
t  tr    sn xut ra
sn phm mi.  mt s  mi t l t 80%, nu trin

khai   lp thi s tr n
thc.
1.3.3.2. Ứng dụng các sản phẩm khác có nguồn gốc từ cao su phế thải
 l c  dng trong nhi
Mt s  dng lt ngun carbon thay th than
c trong sn xu m
p  c s dng trc tip.
Mt s rng b dng lp xe
n r v vic
 t s d  mt d 
c trit qu kh quan.
  dng ln phm giy
 
17

 c x  dt li
dng che ch,
t s  ct
lin, h thc.
 c, cao su ph th c nghin nh
n vt li
dng.
1.3.3.3. Tái chế cao su phế thải thành dầu
t k s d y cao su ph thc ch ra 


Hình 1.4. Sơ đồ một thiết bị nhiệt phân tại Trung Quốc [20]
1- Bình nằm ngang ; 2-hộp số ; 3- tay cầm trục vít ; 4- băng chuyền
chở bùn; 5- miệng cân bằng ; 6- sự đốt nóng võ ngoài ; 7- ống nạp khí đốt ;
8- Lối thông khí đốt ; 9,10,11- ống thoát khí ; 12- Lối thông chất bay hơi ; 13-

than hoạt tính ; 14- Tấm ngăn .
Vi cao su ph tht li  
s d u kt qu tm vi ng dng h
ng nhiu. M nhm x  cao su ph thi 
u rm vi ng dng mhit
c bit quan tr
i vi vic gii quyt v i quyt v
18

n cung cu trong bi cnh nguch
n kit. c ti
trong khong nhi t 400  700
o
C, sn phc bao gm: du 
liu,  ,   (   trong lp xe)   lo 
hydrocarbon .  lo hydrocarbon  du u  c s
dng  mt u cho ngun nhit c s dng  nhit
, gim n xut. Sn phm dng g
i du FO m. n cn xu
th c s dnu mn phm c 
 cao.


  


Bảng 1.4. Kết quả phân tích nguyên tố sản phẩm thu được từ quá trình
nhiệt phân lốp xe [20]
Phân tích nguyên tố %
Dầu nhiệt phân từ

lốp
Dầu diesel
C (carbon)
83
86
H (hydrogen)
7,6
12,8
N
0,3
-
O (oxy)
8,57
-
nh)
0,5
0,5
Nhit tr (MJ/kg)
43,41
45,6
T trng  15
o
C
0,9258
0,78

19

Bảng 1.5: Sản phẩm của quá trình nhiệt phân cao su phế thải[20]
Tên sản phẩm

Ứng dụng sản phẩm
u du Cao su (40-45%)
u d du
ng b 
 n phm
, nhng.)
Cacbon rn (30-35%)
c s d  u rn, thay
th than hot n trong ch
bin sn phm cao su, cht nhum mu

Gas (Hydrocacbon)
c s d t
ng
-15%)
ng cao , s
dp luyn kim

1.4. Lý thuyết quá trình nhiệt phân cao su phế thải [14]
ng ca nhi
 u kit thp. m mi
     u cho tng h    i
  chuyn t tr tinh
sang trp tc s chuyn sang trng
y nhy lng nu ta cp nhit ti x
 b b ng phn nh 
n, phn, hay nh a mch polyme s b 
   : CH
4
, HCl, H

2
S, C
2
H
6
, C
m
H
n
, CO
2
, H
2
, phn nhiu sn
phm t
20

Khi nhn ca l trong thit b
nhi xt ti mu kin nhnh
i vt trong lp xehiy ra tri qua hai giai
 nhi cpng hc nhit
m s ta nhi t ca nhng sn phm nhit
 ng nhit ca nhng polime h. qua s u
cu t 
nhi , tha chi ti khu vc phn
t cn ti thm phn ng.
 ng dng  nhi 
cht r c t khong nhi 
t C.
t cc quynh b

  . V nhc s
dc b nh tht
nhi
i vc li.
1.4.1. Đặc điểm nhiệt động học và động học các phản ứng chính xảy ra
dưới tác dụng của nhiệt
m trong du m n du m 
dng ca nhin ng xy ra rt phc tu kiu phn 
n ng xy ra vt nhit
ng hi t u t nhi u t ch
u phn ng, t phn  
u nhing hng h c m chuyn
hc cng (t nh
c hiu sun phm ca phn ng).
21

1.4.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nhiệt phân
 ng ca nhiu su 
chng cn phm tu ph thuu yu t 
n u t nhi, thi gian phn ng
cu .
1.4.2.1. Nhiệt độ và thời gian lưu
Yu t nhi n ng nh
ng trc tiu sung ca sn phng ca
nhi u t ng trc ti
+ T y
+ Tr    n ph  t gm
tng hn y vp ph thuu kin nhit
 n cu xy ra loi phn y
rng  u kin nhi cao phn y li chi 

 c phn ng ca hai loi 
    n         phn ng
p.
nh lut Vant-hoff: t phn n khi
 
o
C. Qua thc nghim cho thy ri vn ng
ci i hn nhi nh
ga t phn ng .
i vi mi d
chn nhi tc ch
yc to thng   va phi ch  
nhi t
Nhi u t nh trn
phm ci vt nh, khi nhit
22

 c  
n n phm ca phn ng nm  tr
hn hp c pha lu nhi u
 n hn hp phn 
3
/kg).
u v y nhi DTG
(Differential thermal analysis) cho thy th t 
 200  325
o
C diy du, ch
gia; t 325  400
o

C din ra y cao su isoprene (cao su t
 400  500
o

b y[25].  nhi 
o
y di
kt qu u cho th i khi ng cao su ph thi
trong khong nhi 
1.4.2.2. Nguyên liệu
Chu th  ng cao su ph thi
  quan trnh chng sn phu
kin nhii, nn ct
 cho ta kt qu i hn nhi a
u, t phn  gi
bn nhit cu. Khi gii hn nhi 
cng
 ch parafin 
c bn nhi b y
ng  th
gii h bn nhit c
y x y t phn y xy ra
u su
23

Ny ra  u kin nhi va ph
y x i cu mang
n phc ch y
olefin mch thng.
1.5. Giới thiệu về phản ứng cracking xúc tác

1.5.1. Tổng quan cơ chế xúc tác và vai trò của xúc tác








































,  , 


 (<0) [4].






















. 






















.









 , 













 .
 ,  , 

,
 






 












 , 

 


 . 



















 . 



























 ,  

. 


 , 
.






























 












[7]. 



1 





















1 



.