Zeolit katalizörü eşliğinde yüksek yoğunluklu polietilen (YYPE) atıklarının pirolizi

Abstract

Danışman: Doç. Dr. Selim CEYLANPlastiklerin birçok sektörde yaygın kullanımı, plastik üretimini ve kullanım sonrası atık oluşumunu arttırmaktadır. Bu atık oluşumu ciddi çevre sorunlarına neden olmaktadır. Bu nedenle, plastik katı atıkların yakıta veya diğer değerli kimyasallara dönüştürülmesi önemli bir süreç olarak kabul edilir. Bu çalışmada, belediye katı atıklarında ana plastik atık olan yüksek yoğunluklu polietilen (YYPE) gibi petrol kaynaklı bir plastiğin katalitik piroliz işlemi ile yakıta dönüştürülme potansiyeli araştırıldı. Düşük maliyetli bir katalizör olarak zeolitin piroliz ürünlerindeki etkisi incelendi. İlk olarak, YYPE ve zeolit örnekleri, element analizi gibi analiz yöntemleri kullanılarak tanımlandı. Daha sonra, YYPE ve YYPE-zeolit karışımlarının termal bozunması inert azot atmosferi altında eşzamanlı bir termogravimetrik analizör ile oda sıcaklığından 800 °C'ye kadar 20 °C/dak ısıtma hızında incelendi. Termogravimetrik analizörden alınan veriler, termal bozulma davranışını ve YYPE'nin katalitik piroliz kinetiğini araştırmak için kullanıldı. Aktivasyon enerjisi (Ea) değerleri Coats-Redfern birinci dereceden reaksiyon kinetik modeli kullanılarak belirlendi. YYPE'nin katalitik pirolizi sırasında gelişen gaz halindeki ürünler de incelendi. Deneyler, atıl atmosfer altında, katalizörlü veya katalizörsüz veya 25 °C ila 700 °C arasındaki sıcaklıklarda 30 mL/dak'lık bir azot akış hızına sahip olan bir py-GC/MS sisteminde gerçekleştirildi. Piroliz-Gaz Kromatografisi/Kütle Spektrometresi (Py-GC/MS) sistemindeki YYPE analizinde, alkanlar, alkenler, alkoller, eterler, karboksilik asitler, esterler ve fenil halkası sübstitüe edilmiş bantlar gibi çeşitli fonksiyonel gruplar belirlendi. YYPE'nin katalitik piroliz ile yakıt veya diğer değerli kimyasallara dönüştürülme potansiyeli olduğu sonucuna varıldı.

The widespread use of plastics in many sectors increases the production of plastics and the generation of waste after use. This waste formation causes serious environmental problems. Therefore, conversion of plastic solid wastes into fuel or other valuable chemicals is considered an important process. In this study, the potential of converting a petroleum resourced plastic such as high-density polyethylene (HDPE) which is the main plastic waste in municipal solid waste into fuel by catalytic pyrolysis process has been investigated. The effect of zeolite as a low-cost catalyst on pyrolysis products was examined. Firstly, HDPE and zeolite samples were characterized using analysis methods such as elemental analysis. Then, thermal degradation of HDPE and HDPE-zeolite mixtures was carried out in an inert nitrogen atmosphere at a heating rate of 20ºC/min from room temperature to 800 ºC with a simultaneous thermogravimetric analyzer. The data taken from thermogravimetric analyzer was used to investigate thermal degradation behavior and catalytic pyrolysis kinetics of HDPE. Activation energy (E) values were determined by using Coats-Redfern first order reaction kinetic model. The gaseous products evolved during catalytic pyrolysis of HDPE were also investigated. The experiments were carried out in a py-GC/MS reactor under inert atmosphere with a nitrogen flow rate of 30 mL/min between the temperatures from 25ºC and 700ºC with or without catalyst. In the analysis of HDPE in the py-GC/MS reactor, various functional groups such as alkanes, alkenes, alcohols, ethers, carboxylic acids, esters and phenyl ring substituted bands were determined. It is concluded that HDPE has potential to be converted into fuel or other valuable chemicals by catalytic pyrolysis.