Catalytic pyrolysis of plastic wastes over SAPO-34 catalyst
Plastik atıkların SAPO-34 katalizörü üzerinde katalitik pirolizi
- Tez No: 383291
- Danışmanlar: DOÇ. DR. NAİME ASLI SEZGİ, PROF. DR. TİMUR DOĞU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2014
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 189
Özet
Termoplastik malzemeler, düşük maliyetleri ve kolay işlenme yöntemleri ile tüm dünyada oldukça geniş bir kullanım alanına sahiptirler. Fakat bu malzemelerin kendiliğinden geri dönüşümü olmaması sebebiyle ciddi bir çevre kirliliği problemine sebep olmaktadırlar. Enerji ihtiyacı ve çevre kirliliği göz önüne alındığında, termoplastik malzemelerin petrokimya endüstrisi için ham madde olarak kullanılabilen, daha düşük molekül ağırlığına sahip hidrokarbonlara dönüştürülmesi daha uygundur. Ayrıca uygun bir katalizör kullanılarak reaksiyon sıcaklığı ile süresini düşürüp ürün verimini arttırmak mümkündür. Bu çalışmada, SAPO-34 katalizörü hidrotermal sentez yöntemi ile sentezlenmiş olup polipropilen ile polistirenin katalitik indirgeme reaksiyonunda kullanılmıştır. XRD analizi sonucu, sentezlenen malzemenin SAPO-34 olduğuna karar verilmiştir. Malzeme mikrogözenekli olup 1. Tip izoterm göstermiştir. Malzeme kübik yapıya benzer şekilde oluşmuştur. DRIFTS sonucu, malzemenin Lewis ve Bronsted asit yapılarından oluştuğunu ortaya çıkarmıştır. 27Al ve 29Si sihirli açı spini nükleer manyetik rezonans tekniği kullanılarak yapıdaki alüminyum atomlarının dört yüzlü ve sekiz yüzlü; silikon atomlarının ise dört yüzlü şeklinde yerleştiği belirlenmiştir. TGA verileri kullanılarak polipropilen ve polistirenin katalitik ve katalitik olmayan indirgeme reaksiyonlarının reaksiyon dereceleri ile aktivasyon enerji değerleri hesaplanmıştır. Her iki reaksiyonun derecesi“1”olarak bulunmuştur. SAPO-34 kullanıldığı zaman polipropilenin indirgeme reaksiyonunun aktivasyon enerji değerinin 172 kJ/mol'den 131±11 kJ/mol değerine; polistirenin indirgeme reaksiyonunun aktivasyon enerji değerinin 357±4 kJ/mol'den 262±4 kJ/mol'e düştüğü gözlemlenmiştir. Piroliz sisteminde polipropilen ve polistirenin SAPO-34 üzerinde katalitik indirgeme reaksiyonları yapılmış olup çıkan gaz ve sıvı ürünler, gaz kromatografi kullanılarak analiz edilmiştir. Polipropilenin indirgeme reaksiyonunda sıvı ürünler, 425 °C ve üzerindeki sıcaklıklarda gözlemlenmiştir. Katı tortu ise yalnızca 400 °C ve altındaki sıcaklıklarda görülmüştür. Ortamda SAPO-34 katalizörünün bulunması, 400 °C ve altındaki sıcaklıklarda elde edilen gaz ürün verimini oldukça arttırmıştır. SAPO-34'süz ortama göre katalizör ortamında sıvı ürün veri değerlerinde çok az bir değişim vardır. Reaksiyon süresince katalizör deaktivite olmamış ve kok oluşmamıştır. Polipropilenin katalitik indirgeme reaksiyonunda gaz ürünler çoğunlukla etilen ve propenden oluşmuştur. Bu gazlara ek olarak, 400 °C'de, 30 dk reaksiyon süresinde, ortamda katalizör bulunduğunda metan, asetilen, propan ve bütan oluşumu gözlenmiştir. Ancak aynı sıcaklık ve reaksiyon süresinde, katalizörsüz ortamda bu ürünler oluşmamıştır. Polipropilenin katalitik ve katalitik olmayan indirgeme reaksiyonları sonucu oluşan sıvı ürünler arasında en yüksek miktara sahip hidrokarbon, C10 hidrokarbonudur. Ortamda SAPO-34 bulunduğu zaman, artan sıcaklık ile ağır hidrokarbonlar, daha hafif hidrokarbonlara indirgenmiştir. SAPO-34 ortamında, 30 dk reaksiyon süresinde oluşan sıvı ürün miktarı, SAPO-34'süz ortamda oluşan sıvı ürün miktarından fazladır. Polistirenin 415 °C'de indirgeme reaksiyonları sonucu yalnızca gaz ve sıvı ürün elde edilmiştir. Ortamdaki SAPO-34 katalizörünün varlığı, sıvı ve gaz ürün verimini etkilememiştir. Reaksiyon boyunca SAPO-34 deaktivite olmamış, kok oluşumu gözlenmemiştir. Katalizörsüz polistirenin indirgemesinde gaz ürünlerin çoğu metan ve etilendir. Ortamda SAPO-34 olduğu zaman bu gazlara ilaveten bütan oluşmuştur. Sıvı ürünler çoğunlukla C8–C10 hidrokarbonlarından meydana gelmiştir. Katalizörsüz ortama göre SAPO-34 ortamında C9 hidrokarbonlarının oluşumu görülmüştür. Bu sonuçlar, polimerin ortamda SAPO-34 bulunması ile monomerine ve düşük molekül ağırlıklı hidrokarbonlarına indirgendiğini göstermektedir. TGA ve GC sonuçları, SAPO-34 katalizörünün, polipropilenin ve polistirenin indirgeme reaksiyonlarında aktivite gösterdiğini ortaya koymuştur.
Özet (Çeviri)
Thermoplastic materials have a wide variety of usage area due to their low costs and easy processing properties. However, these materials cause a serious environmental pollution because of being non-biodegradable and their long-term self-recycling. Considering energy need and clean environment, it is proper to degrade thermoplastic materials into lower moleculer weight products which are potential raw materials for petrochemical industry. In addition, it is possible to decrease the reaction temperature & time and to increase the product yield by using a proper catalyst. In this study, SAPO-34 material was synthesized via hydrothermal route and then it was used in the catalytic thermal degradation of polypropylene and polystyrene. XRD result showed that the synthesized material was SAPO-34. BET analysis revealed that the material was microporous and exhibited Type I isotherm. The material formed in a cubic-like shape. DRIFTS result showed the existence of Lewis and Brønsted acid sites in the structure. Using 27Al and 29Si magic angle spinning nuclear magnetic resonance techniques, it was observed that 27Al atoms were octahedrally and tetrahedrally; 29Si atoms were tetrahedrally coordinated in the structure of the synthesized material. The reaction orders and the activation energy values of polypropylene and polystyrene degradation reactions in the presence of SAPO-34 were determined using TGA data. Both of the reactions were determined as“first order”. The activation energy of polypropylene degradation reaction decreased from 172 kJ/mol to a value of 131±11 kJ/mol and the activation energy of polystyrene degradation reaction decreased from 357±4 kJ/mol to 262±4 kJ/mol in the presence of SAPO-34 catalyst. In the pyrolysis system, the non-catalytic and catalytic degradation experiments of polypropylene and polystyrene over SAPO-34 material were performed and gaseous and liquid products were analyzed using GC. In the degradation reactions of PP, liquid products formed at 425 ºC and higher temperatures. Solid residue was observed only at 400 ºC and lower temperatures. The presence of SAPO-34 increased the gaseous product yield considerable at 400 °C and lower temperatures. There was a slight change in yield values of liquid products in the presence of the catalyst compared to the absence of SAPO-34. During the reaction, the catalyst was not deactivated and coke was not formed. In the catalytic degradation reaction of PP, the gaseous products were mainly composed of ethylene and propene. In addition to these gases, the formation of methane, acetylene, propane and butane was observed at 400 ºC for 30 min reaction time in the presence of the catalyst. However they were not formed at the same temperature & reaction time in the non-catalytic degradation. The highest amount of hydrocarbon in liquid products was C10 in the non-catalytic and catalytic degradation of PP. In the presence of SAPO-34, heavier hydrocarbons degraded to lighter hydrocarbons with an increase in temperature. The amounts of lighter hydrocarbons produced at a reaction time of 30 min in the presence of SAPO-34 were higher than that of lighter hydrocarbons produced in the absence of catalyst. In the degradation reactions of PS at 415 °C, only liquid and gas products were formed. The presence of SAPO-34 did not effect the yields of liquid & gas products. During the reaction, the catalyst was not deactivated and coke was not formed. The majority of the gas products were methane and ethylene in the non-catalytic degradation of PS. In addition to these gases, butane was formed in the presence of SAPO-34. The liquid products were mainly composed of C8 – C10 hydrocarbons. The formation of C9 hydrocarbons was observed in the presence of SAPO-34 compared to the absence of the catalyst. These results showed that the polymer degraded into its monomer & lighter hydrocarbons in the presence of SAPO-34. The TGA and GC results revealed that SAPO-34 was active in the catalytic thermal degradation reactions of PP and PS.
Benzer Tezler
- Metal yüklü zeolit katalizörlerle plastik atıkların kimyasal geri kazanımı
Chemical recycling of plastic wastes over metal doped zeolite catalysts
TUĞBA ALBAYRAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Kimya MühendisliğiAnkara ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ KARADUMAN
- Mikroalglerin plastik atıklarla (PS/AYPE) ZSM-5 üzerinde eşpirolizi
Co-pyrolysis of microalgae with plastic wastes over ZSM-5
GAMZE ÖZÇAKIR
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Kimya MühendisliğiAnkara ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ KARADUMAN
- Atıkların yüksek sıcaklıkta sürekli pirolizi için yarı-pilot ölçek yeni bir vidalı reaktör geliştirilmesi
Development of a new semi-pilot scale screw reactor for continuous pyrolysis of wastes at high temperature
ANIL ÜNSAÇ
Doktora
Türkçe
2024
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİLGÜN YAVUZ
PROF. DR. HASAN CAN OKUTAN
- Thermo-catalytic pyrolysis of unrecycled plastic waste in a lab-scale experimental set-up: Determination of optimal operating conditions
Geri dönüştürülmemiş plastik atıkların laboratuvar ölçekli bir deney düzeneğinde termo-katalitik pirolizi: Optimal çalışma koşullarının belirlenmesi
ECRİN EKİCİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Enerjiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüEnerji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. GÜRAY YILDIZ
DR. BAŞAR ÇAĞLAR
- Atık plastiklerden grafen nanolevha üretimi
Production of graphene nanosheets from waste plastics
MAHMUT ÖZTÜRK
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Çevre MühendisliğiEskişehir Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MÜFİDE BANAR