Plastik atıkların oksidatif ve inert ortamda ısıl ve katalitik bozunma ile karboksilli asitlere dönüşümü

Abstract

ÖZET Doktora Tezi PLASTİK ATIKLARIN OKSÎDATÎF ve İNERT ORTAMDA ISIL VE KATALİTİK BOZUNMA İLE KARBOKSİLLÎ ASİTLERE DÖNÜŞÜMÜ Adil KOÇ Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Kimya Mühendisliği Anabilim Dalı Danışman : Prof. Dr. Ali Y. BİLGESÜ Bu çalışmada, plastik malzemeler içinde en çok kullanılan ve buna bağlı olarak en çok atık oluşturan Alçak Yoğunluklu Polietilen Plastikler materyal olarak seçilmiş, bu materyallerin oksidatif ortamda katalitik ve katalitik olmayan reaksiyon koşullarında bozundurulması değişik deney sistemlerinde çalışılmıştır. Deneysel çalışmalar başlıca yan kesikli ve sürekli olarak çalışan iki deney düzeneğinde yapılmıştır. Yan kesikli çalışan deney düzeneğinde, reaksiyon ortamı istenen sıcaklık değerine geldikten sonra plastik kesikli bir şekilde reaktöre beslenmiş ve daha sonra reaksiyon ortamına istenen akışta hava gönderilerek reaksiyon başlatılmıştır. Sürekli sistemde ise, polimer önce bir ön ısıtma sistemi ile 220 °C'a kadar ısıtılarak akışkanlaştırılmıştır. Daha sonra bu viskoz akışkan, değişken güç kaynağı ile çalışan bir motorla dönebilen bir sonsuz vida ile daha önce istenen sıcaklık değerine set edilmiş olan reaktöre alttan verilmektedir. Bu sırada reaktöre üstten istenen akış değerinde hava gönderilerek reaksiyon başlanmıştır. Benzer çalışmalar birinci reaktöre seri halde bağlanmış bulunan ikinci bir reaktörde metalik bakır ve CoMo katalizörleri kullanılarak da yapılmıştır. Reaksiyon ortamını terk eden gaz-buhar karışımından ortam koşullarında ve tuz-buz karışımında yoğunlaşabilen ürünler toplandıktan sonra geri kalan gaz karışımı atmosfere bırakılmıştır. Yan kesikli çalışan deney düzeneği için deneysel tasarım yöntemi uygulanarak yapılan çalışmalar sonucu sıvı ürün verimi, sıvı ürünlerin asit sayısı, peroksit sayısı ve iyot sayısı tayin edilmiştir. Deneysel olarak elde edilen sıvı ürün verimi, asit sayısı ve iyot sayısını en iyi temsil eden matematiksel eşitlikler yukarıda belirtilen parametrelere bağlı olarak regresyon analizi ile belirlenmiştir. Prosesde maksimum sıvı ürün verimi, asit sayısı ve iyot sayısı elde etmek için regresyon analizi ile belirlenen eşitlikler optimize edilmiş ve optimum koşullar tayin edilmiştir. Yapılan optimizasyon sonucunda optimum koşulların: sıcaklık 350 `C, reaksiyon süresi 2 saat ve hava/hammadde oranı 20 ml/g olduğu belirlenmiştir. Bu optimum koşullarda; maksimum sıvı verimi % 98.5, maksimum asit sayısı 60 ve maksimum iyot sayısı 52 olarak bulunmuştur. Optimizasyon sonucunda bulunmuş olan değerler, deneysel olarak elde edilen değerlerle karşılaştınlmıştır. Sürekli çalışan deney düzeneğinde ise yukarıdaki çalışmalar ışığında değişik koşullarda yapılan deneysel çalışmalarda elde edilen sıvı ürünlerin asit sayılan tayin edilmiştir. Katalizör kullanılarak yapılan çalışmalarda elde edilen sıvı ürün asit sayısı değerlerinin katalizörsüz ortama göre daha düşük olduğu görülmüştür. Aynca her iki sistemden de elde edilen ürünler GC/MS sisteminde analizlenerek ürün yapılan incelenmiş ve katalizörlere göre karakterize edilmiştir. 2003, 235 sayfa ANAHTAR KELİMELER : Polietilen, Oksidatif piroliz, AYPE, asit sayısı,

ABSTRACT Ph. D. Thesis THERMAL AND CATALYTIC DEGRADATION OF PLASTİC WASTES Into carboxylic acids in oxidative or inert media Adil KOÇ Ankara University Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Chemical Engineering Supervisor : Prof. Dr. Ali Y. BİLGESÜ In this work, low density polyethylene plastics which are the most utilized ones within plastic materials were chosen as a material to be worked. Polyethylene plastics are widely used in daily life and form utmost waste. The decomposition of these waste plastics in an oxidative media both with catalytic and non-catalytic reaction conditions were studied in various experimental systems. The experiments were carried out mainly in two different experimental setup. One of the experimental setup run continuously whereas the other operated semi-batchwise. Having filled up the reactor with plastic in semi-batch experiments, the reaction was initiated by feeding air to the reactor at a desired rate continuously when the reaction medium had reached its required final temperature. On the other hand, in continuous system the polymer was fiuidized at first by preheating up to 220 °C. After fluidizing, this viscose fluid fed to the reactor with an adjustable worm screw from lower part of the reactor which was fixed previously to its final temperature. Meanwhile, the reaction was launched by feeding air from upper part of the reactor. Similar studies were also performed in a second reactor which was connected to first reactor in series using catalysts such as metallic copper, cobalt and molibden. After seperated from its condensable products, gas mixture which formed during reaction was discharged to air. Liquid products yields, iodine and acid numbers were all determined using experimental design method for semi-batch operated system. The mathematical equations which describes the best value of experimentally obtained values and related to above parameters (iodine, acid and peroxide number) were obtained with regression analysis. Optimum conditions were computed after optimizing these equations in order to get the maximum liquid product yield, acid and iodine number. Optimization results showed that the optimum value of these parameters would be reached when the reaction time was 2 hour, temperature was 350 °C and air to raw material ratio was 20 mL/g. At the optimum condition, maximum liquid yield was % 98.5, maximum acid number was 60 and maximum iodine number was 52. These values were compared with those experimentally obtained. Acid numbers of the liquid products were assessed for various experiments in continuous system in the light of above experimental works. Acid numbers of liquid products which were obtained with using catalyts were lower than mat of obtained without using catalysts. Besides, all liquid products gained from two system were analyzed by GC/MS and product distributions were examined and finally they were characterized according to catalysts. 2003,235 pages Key Words : Polyetylene, LDPE, Oxidative pyrolysis, acid number