Tái chế cao su lốp xe bằng siêu âm hiệu suất cao
Cao su lốp xe thải là vật liệu độc hại, không phân hủy sinh học, khiến việc xử lý thải bỏ trở thành một vấn đề về môi trường và kinh tế. Khử lưu hóa bằng siêu âm là phương pháp nhanh chóng và hiệu quả để tái chế cao su lốp xe thải, cho phép tái sử dụng lốp xe thải. Tái chế cao su lốp xe bằng siêu âm là một quy trình tương đối đơn giản, đã được thử nghiệm thành công. Khả năng mở rộng quy trình theo tỷ lệ tuyến tính của công nghệ tái chế lốp xe bằng siêu âm cho phép xử lý khối lượng lớn ở quy mô công nghiệp với chi phí kinh tế.
Vấn đề chất thải cao su
Cao su lốp xe thải gây ra vấn đề môi trường đáng kể do tính độc hại và khả năng không phân hủy của chúng. Cấu trúc cacbon liên kết ngang đã lưu hóa và tính độc hại của chúng khiến việc xử lý thải bỏ trở thành gánh nặng cho môi trường. Các kỹ thuật tái chế cao su thông thường không có tính kinh tế, không thân thiện với môi trường, và vật liệu cao su mới được sản xuất từ cao su tái chế có chất lượng thấp do các mạch polyme chính của cao su thải bị biến đổi và suy yếu.
Vì lốp xe thuộc nhóm nguồn chất thải gây nhiều vấn đề nhất, cần có các phương pháp tái chế thân thiện với môi trường và có tính kinh tế. Nhiệt phân và khử lưu hóa là những quy trình tái chế lốp xe thành công nhất. Tiến bộ trong tái chế lốp xe thải là điều thiết yếu để chấm dứt gánh nặng môi trường do cao su lốp xe gây ra và giúp giảm lượng lốp xe bị đổ vào các bãi chôn lấp.
Xử lý bằng siêu âm có thể tăng cường và cải thiện cả hai quy trình tái chế lốp xe hiện đại là nhiệt phân và khử lưu hóa.
Hệ thống siêu âm để khử lưu hóa cao su thải
Khối máy đùn được tùy chỉnh để truyền năng lượng siêu âm vào chất đàn hồi nóng
Khử lưu hóa cao su lốp xe bằng siêu âm
Trong quá trình khử lưu hóa bằng siêu âm, các liên kết hóa học lưu huỳnh–lưu huỳnh và lưu huỳnh–cacbon trong lốp xe bị cắt đứt liên kết ngang, tạo thành khối cao su nóng chảy mềm. Khối cao su nóng chảy được tạo ra bằng siêu âm này có thể được tái gia công và tạo hình thành các sản phẩm cao su mới, ví dụ như lốp xe mới. Một ưu điểm lớn của quá trình khử lưu hóa bằng siêu âm là lượng nhiệt cần thiết thấp hơn đáng kể. Trước tiên, các mảnh lốp xe thải được gia nhiệt đến khoảng 400ºF hoặc 200ºC, sau đó được bộ cấp liệu trục vít đưa qua buồng dòng chảy, nơi cao su thải được xử lý bằng siêu âm hiệu suất cao dưới áp suất cao. Trong quá trình khử lưu hóa bằng siêu âm, cao su chuyển từ trạng thái rắn ban đầu thành chất có độ nhớt cao. Siêu âm cường độ cao nhanh chóng phá vỡ mạng lưới ba chiều của các chất đàn hồi đã lưu hóa. Quá trình xử lý bằng siêu âm để cắt đứt các liên kết hóa học tạo liên kết ngang chỉ mất vài giây. Khối cao su nóng chảy đã được xử lý bằng siêu âm có thể được gia cường bằng các chất đóng rắn và chất độn, rồi tạo hình thành các sản phẩm cao su mới.
Nâng cấp cặn nhiệt phân bằng siêu âm
Cặn nhiệt phân có thể được nâng cấp bằng cách xử lý siêu âm trong axit clohydric và axit flohydric để thu được muội than nhiệt phân. Xử lý bằng siêu âm có thể nâng cấp thành công cặn nhiệt phân từ lốp xe thải thành muội than thương mại có giá trị gia tăng cao. Nhờ đó, xử lý bằng siêu âm sau nhiệt phân cải thiện đáng kể hiệu suất tổng thể của quá trình nhiệt phân lốp xe thải.
Thiết bị siêu âm hiệu suất cao
Hielscher Ultrasonics là đối tác giàu kinh nghiệm của bạn trong các quy trình siêu âm hiệu suất cao. Khử lưu hóa bằng siêu âm đòi hỏi các thiết bị xử lý siêu âm công nghiệp công suất cao, có khả năng hoạt động trong điều kiện áp suất cao và nhiệt độ cao. Một điều kiện tiên quyết khác là khả năng tạo ra biên độ rất cao. Có thể dễ dàng duy trì liên tục biên độ lên đến 200µm khi vận hành 24/7. Đối với các biên độ cao hơn nữa, có sẵn các đầu siêu âm được tùy chỉnh. Các đầu siêu âm chịu áp suất cao/nhiệt độ cao của Hielscher được chế tạo và tinh chỉnh cho những điều kiện khắt khe của quá trình khử lưu hóa. Với các khuôn đùn được tùy chỉnh, đầu siêu âm (sonotrode) được đưa vào xi lanh máy đùn. Độ bền vững của thiết bị siêu âm Hielscher cho phép vận hành 24/7 ở chế độ tải nặng và trong môi trường khắt khe. Hiệu suất cao và độ tin cậy biến các thiết bị siêu âm Hielscher thành thiết bị chủ lực trong tái sinh cao su!
Bảng dưới đây cho biết công suất xử lý gần đúng của các thiết bị siêu âm của chúng tôi:
| Thể tích mẻ | Lưu lượng | Thiết bị được khuyến nghị |
|---|---|---|
| 1 đến 500mL | 10 đến 200mL/min | UP100H |
| 10 đến 2000mL | 20 đến 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 đến 20L | 0,2 đến 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 đến 100L | 2 đến 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 đến 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | lớn hơn | cụm thiết bị UIP16000 |
Liên hệ với chúng tôi! / Hãy hỏi chúng tôi!
Tài liệu/Tài liệu tham khảo
- Hong, Chang-Kook; Isayev, A.I. (2003): Ứng dụng siêu âm công suất cao trong tái chế cao su. The Rubber Society of Korea: Elastomers and Composites Tập 38, Số 2; 2003. 103-121.
- Walvekar, Rashmi; Mohammad. Afiq, Zulkefly; Ramarad, Suganti; Kalid, Siddiqui (2018): Khử lưu hóa cao su lốp xe thải bằng dung môi gốc amin và năng lượng siêu âm. MATEC Web of Conferences Tập 152, 2018.
- Teng-Chien Chen, Yun-Hwei Shen, Wen-Jhy Lee, Chih-Chung Lin, Meng-Wei Wan (2010): Nghiên cứu quy trình khử lưu huỳnh bằng oxy hóa có hỗ trợ siêu âm áp dụng cho việc tận dụng dầu nhiệt phân từ lốp xe thải. Journal of Cleaner Production, Tập 18, Số 18, 2010. 1850-1858.
Những điều cần biết
Lưu hóa / Khử lưu hóa
Lưu hóa là quá trình làm cho cao su tự nhiên, vốn có độ bền và độ mềm dẻo thấp, trở nên cứng hơn và bền hơn. Để thực hiện điều này, cao su tự nhiên được gia nhiệt và lưu huỳnh được bổ sung để tạo liên kết ngang giữa các polyme. Thông qua quá trình tạo liên kết ngang, các phân tử polyme cao su, được gọi là polyisopren, liên kết với nhau bằng các nguyên tử lưu huỳnh. Quá trình lưu hóa tạo ra cao su lưu hóa, có hiệu năng và độ bền cao hơn. Cao su lưu hóa có trong lốp xe, ống cao su, đế giày, đồ chơi, v.v.
Khử lưu hóa là kỹ thuật cắt đứt cấu trúc liên kết ngang, cụ thể là các liên kết lưu huỳnh–lưu huỳnh và/hoặc cacbon–lưu huỳnh. Có thể thực hiện điều này bằng nhiều phương pháp như cơ hóa, hóa học, sinh học và sử dụng siêu âm công suất cao.
Cao su
Cao su còn được gọi là chất đàn hồi. Elastomer là dạng viết tắt của elastic polymer, nghĩa là polyme đàn hồi. Chất đàn hồi thể hiện đặc tính nhớt đàn hồi: Chúng là các polyme có tính dính và độ đàn hồi rất cao. Thuật ngữ cao su thường được dùng để phân biệt nhóm chất đàn hồi phải được lưu hóa hoặc đóng rắn mới có thể sử dụng hữu ích.
Cao su lốp xe được làm từ những gì?
Cao su lốp xe, được gọi là tire rubber trong tiếng Anh Mỹ hoặc tyre rubber trong tiếng Anh Anh, được làm từ nhiều thành phần, bao gồm cao su, chất độn và các phụ gia khác. Cao su lốp xe có thể được làm từ cao su tự nhiên, được chế tạo từ mủ tiết ra từ vỏ cây cao su, hoặc từ cao su tổng hợp. Cao su tổng hợp được sản xuất từ dầu mỏ. Các dạng cao su tổng hợp phổ biến nhất là cao su styren-butadien (SBR), cao su polybutadien và cao su butyl. Trong khi cao su là thành phần chính của lốp xe, chất độn và phụ gia được phối hợp để tạo ra vật liệu lốp xe có tính năng tốt hơn. Muội than và/hoặc silica là các chất độn lốp xe rất phổ biến, được bổ sung để gia cường hỗn hợp cao su lốp xe. Muội than và silica tăng độ bám đường, giúp lốp xe chống đâm thủng tốt hơn và giảm lực cản lăn của lốp xe. Chất chống oxy hóa, chất chống ozon và chất chống lão hóa là những phụ gia khác giúp cải thiện chất lượng lốp xe và kéo dài tuổi thọ lốp xe.