177
Tạp chí Hóa học, T. 47 (6B), Tr. 177 - 182, 2009

NGHIÊN CỨU NHIỆT PHÂN CAO SU PHẾ THẢI ĐỂ THU HỒI
NHIÊN LIỆU LỎNG
Đến Tòa soạn 18-10-2009
ĐỖ QUANG KHÁNG
1
, MAI NGỌC TÂM
2
, LƯƠNG NHƯ HẢI
1
1
Viện Hóa học, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam
2
Viện Vật liệu xây dựng, Bộ Xây dựng

ABSTRACT
There are many waste rubber treating and salvaging methods to save the raw material and to
protect the environment. In this paper, waste rubber pyrolysis is investigated to produce liquid
fuel using in industry. The results show that the thermal degradation of waste tyre and tube that
happen in inert gas environment and temperature range from 300
o
C to 560
o
C achieves the
highest oil content. By the waste bicycle tire and tube, the oil was mostly produced in the
temperature range from 300
o
C to 420

ạo bột để làm nguyên liệu chế tạo vật liệu
polyme blend với các loại cao su nguyên sinh
hoặc nhựa nhiệt dẻo [4 - 7], làm độn trong bê
tông để tăng khả năng chống thấm nước [8]
hoặc làm vật liệu xốp [9],…; Sơ chế bằng nhiệt,
cơ nhiệt, cơ hoá để cắt cầu nối và ngắt mạch tạo
ra vật liệu tái sinh [10]; Nhiệt phân để thu hồi
kim loại, tro và hydro cacbon [1, 2].
Để thu hồi
các loại nhiên liệu lỏng hoặc khí người ta sơ chế
cao su phế thải ở dạng bột rồi nhiệt phân ở nhiệt
độ 350
o
C - 900
o
C [11] và như vậy chỉ còn một
lượng nhỏ CSPT đem chôn lấp.
Ở nước ta, vào thời kỳ bao cấp trước đây các
sản phẩm cao su phế thải, được người ta thu
gom, tái sử dụng bằng nhiều biện pháp khác
nhau. Ở Hà Nội lúc đó có cả một nhà máy cao su
tái sinh. Song với sự phát triển kinh tế, xã hội, từ
khoảng hai chục năm trở lại đây, các sản phẩm
cao su ngày càng nhiều và lượ
ng CSPT ngày một
tăng trong khi đó việc nghiên cứu, tái sử dụng
các sản phẩm cao su-nhựa phế thải lại chưa được
quan tâm thích đáng. Số công trình nghiên cứu
về vấn đề này được công bố còn rất hạn chế.
Việc xử lý, tận dụng CSPT mới chỉ được thực

bị nhiệt phân tự chế tạo theo sơ đồ (hình 1). Hình 1: Sơ đồ hệ thống thiết bị nhiệt phân cao su phế thải

Theo dõi quá trình tách dầu và định lượng
lượng dầu được tách ra sau mỗi khoảng nhiệt độ
nh
ất định để xác định khoảng nhiệt độ tối ưu
cho quá trình nhiệt phân của mỗi loại CSPT.
Sản phẩm nhiên liệu lỏng thu được được phân
tích xác định thành phần cơ bản bằng phương
pháp kết hợp sắc ký-khối phổ (GC-MS) thực
hiện trên máy sắc ký 5890 series II plus GC và
khối phổ 5989B MS của hãng Hewlett Parkard.

thích do săm, lốp xe đạp thường được chế tạo từ

179
cao su thiên nhiên (CSTN) có độ bền nhiệt không
cao và chỉ có 1 cực trị phân hủy ở giai đoạn 1
này. Còn lốp ô tô, xe máy thường được chế tạo
từ blend của CSTN với cao su stiren butadien
(SBR) để tăng cường độ bền mài mòn, môi
trường và kéo dài thời gian sử dụng. Loại vật liệu
này có độ bền nhiệt cao hơn CSTN và trong
vùng phân hủy mạnh nhất giai đoạn đầu này có 2
cực trị tương ứng với nhiệ
t độ phân hủy mạnh
nhất của 2 cấu tử CSTN và SBR.
Bảng 1: Kết quả phân tích nhiệt của các mẫu CSPT trong môi trường khí nitơ
Mẫu CSPT
Nhiệt độ bắt
đầu phân hủy
Nhiệt độ phân
hủy mạnh nhất
giai đoạn đầu
Nhiệt độ phân
hủy mạnh nhất
giai đoạn cuối
Nhiệt độ kết thúc
quá trình phân
hủy
Mặt lốp ô tô 285 369,96 437,13 652,35 699
Mặt lốp xe máy 280 370,08
436,72

Để thuận tiện cho việc phân tích đánh giá,
trong thí nghiệm này lượng CSPT được lấy
thống nhất là 500 gam, tốc độ nâng nhiệt
10
o
C/phút. Lượng dầu tách ra được thu và định
lượng theo các mốc nhiệt độ. Dưới đây là kết
quả theo dõi lượng dầu tách ra theo nhiệt độ.

Bảng 2: Kết quả định lượng dầu tách ra theo nhiệt độ của quá trình nhiệt phân 500 gam CSPT
[gam]

Mẫu CSPT
Nhiệt độ bắt
đầu ra
dầu/lượng dầu
285-
370
o
C
370-
420
o
C
420-
560
o
C
560-
700

khoảng nhiệt độ từ 560
o
C đến khi kết thúc
lượng dầu tách ra của tất cả các loại CSPT đều
chậm. Điều này có thể giải thích do CSPT từ
săm, lốp xe đạp được chế tạo từ CSTN do vậy
nó bị phân hủy mạnh trong khoảng nhiệt độ
này, đến 420
o
C đã bị phân hủy hoàn toàn do vậy
trong khoảng nhiệt độ này lượng dầu được tách
ra nhiều hơn. Còn đối với CSPT từ lốp xe máy,
ô tô được chế tạo từ blend CSTN/SBR đến
420
o
C vẫn đang tiếp tục phân hủy (cấu tử SBR
bị phân hủy mạnh nhất ở 437,12
o
C - xem bảng

180
1) và vì vậy trong khoảng nhiệt độ đầu tiên
lượng dầu tách ra ít và ở khoảng nhiệt độ tiếp
theo tiếp theo lượng dầu tạo ra nhiều hơn so với
CSPT từ săm, lốp xe đạp. Trong khoảng nhiệt
độ cuối cùng (từ 560
o
C đến 700
o
C) chủ yếu là


Hình 2: Sắc ký đồ của hỗn hợp dầu thu được từ nhi
ệt phân CSPT

Nhận thấy rằng, dầu nhiệt phân là một hỗn hợp gồm khoảng 70 hợp chất khác nhau. Trong
số khoảng 70 chất chỉ có 11 chất có hàm lượng trên 1%, còn các chất khác chiếm tỷ lệ dưới 1% và

181
thậm chí không đáng kể. Qua phân tích trên khối phố đã xác định các chất đó như trong bảng sau

10
H
16
136 1,44
8 Hexanenitrile C
6
H
11
N 97 2,04
9 Trans 3,5-dimetyl octadien -1,6 C
10
H
18
138 1,08
10 1,3,7-octatrien-5-yne C
8
H
8
104 2,52
11 1-metyl-4-isopropyl benzen C
10
H
14
134 37,44

Từ những kết quả trên cho thấy rằng, thành
phần chính của dầu thu được từ nhiệt phân
CSPT từ lốp ô tô là C
10
H

Dầu FO (TCVN
6239-1997)
Dầu DO (TCVN
5689-2002)
1 Tỷ trọng ở 15
o
C 0,91 0,95 0,84
2 Độ nhớt động học
ở 50
o
C [mm
2
/s]
2,4 14,55 4,21
3 Nhiệt lượng [Kcal/kg] 10.125 9.800 10.000
4 Hàm lượng tro [%] 0,01 0,03 0,01
5 Hàm lượng lưu huỳnh [%] 0,96 2,00 0,46

182
IV - KẾT LUẬN
- Nhiệt phân CSPT trên cơ sở các loại săm,
lốp xe cộ trong môi trường khí trơ sẽ thu được
khoảng 42 - 44% dầu (tùy thuộc chủng loại và
thành phần đơn pha chế vật liệu chế tạo sản
phẩm).
- Khoảng nhiệt độ thu được dầu nhiều nhất
từ 370 - 560
o
C (tùy loại vật liệu cao su làm săm,
lốp).

5. J. I. Kim, S. H. Ryu, Y. W. Chang. Journal
of Applied Polymer Science, Vol. 77, 2595
- 2602 (2000).
6. H. Ismail, Suryadiansyah. Polymer Testing,
Vol. 21, 389 - 395 (2002).
7. Amit K. Naskar, Anil K. Bhowmick, S.K.
De. Polymer Engineering and Science, Vol.
41 (6), 1087 - 1098 (2001).
8. A. Benazzouk, O. Douzane, M. Quéneudec.
Cement & Concrete Composites, Vol. 26,
21 - 29 (2004).
9. E. Manchón-Vizuete, A. Macía S-García.,
Microporous and mesoporous materials,
Vol. 67, 35 - 41 (2004).
10. N. Rattanasom, A. Poonsuk, T. Makmoon.
Polymer Testing, Vol. 24, 728 - 732 (2005).
11. Carsten Mennerich. Untersuchungen zum
chemischen Recycling von
Elastomerabfaellen durch Pyrolyse, PD-
Verlag, Hedenau (2002).
12. Mai Ngọc Tâm. Báo cáo tổng kết đề tài
"Nghiên cứu công nghệ tái chế cao su phế
thải làm nhiên liệu lỏng", Viện Vật liệu xây
dựng, Hà Nội 12/2008. Liên hệ: Đỗ Quang Kháng
Viện Hóa học, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam
18 Hoàng Quốc Việt, C
ầu Giấy, Hà Nội.