Разработка технологии переработки отходов полиэтилентерефталата

В докладе приведены результаты переработки отходов полиэтилентерефталата с получением химических продуктов. Проанализирован низкотемпературный пиролиз, высокотемпературный пиролиз и щелочной гидролиз.

Мировое производство пластмасс возрастает на 5–6 % ежегодно. Причем, наиболее быстро развивающимся сегодня является рынок полиэтилентерефталата (ПЭТ) .

По мере того как спрос на ПЭТ растет, естественно увеличивается количество отходов. Сегодня отходы ПЭТ составляют более 30 % от всех отходов пластмассы, 80 % которых сейчас перерабатываются.

Объемы потребления полимеров постоянно растут. Пластмассы теснят бумагу, металл, картон, стекло. Но одновременно увеличиваются и объемы изделий из пластмасс (в первую очередь, упаковки), попадающих после использования на свалки. Как известно, сроки разложения традиционных пластмасс составляют десятки и сотни лет, а площади для свалок ограничены. Поэтому проблема утилизации пластмассового мусора становится все более актуальной.

Еще одна серьезная проблема пластиковых отходов связана с присутствием в них различных аддитивов: стабилизаторов, красителей, пластификаторов, специальных добавок, содержащих тяжелые металлы — кадмий, свинец, ртуть. Сжигание таких отходов не исключает попадания тяжелых металлов в золу. Один из путей решения проблемы пластмассового «мусора» — вторичная переработка использованных пластмассовых изделий и отходов промышленного производства — рециклинг, конечным продуктом которой являются вторичные полимеры в виде флека — измельченных и очищенных хлопьев, или регранулята. Дополнительная причина, стимулирующая рециклинг и особенно актуальная сегодня, связана с уменьшением зависимости индустрии пластмасс от нефти как источника сырья [1].

Нами проведены следующие эксперименты: низкотемпературный пиролиз, высокотемпературный пиролиз, щелочной гидролиз.

Термическая деструкция, или пиролиз — это термическое разложение органических продуктов в присутствии кислорода или без него. Пиролиз полимерных отходов позволяет получить высококалорийное топливо, сырье и полуфабрикаты, используемые в различных технологических процессах, а также мономеры, применяемые для синтеза полимеров. Газообразные и жидкие продукты термического разложения пластмасс могут использоваться в качестве топлива. Спектр применения твердых (воскообразных) продуктов пиролиза отходов пластмасс достаточно широк (компоненты различного рода защитных составов, смазок, эмульсий, пропиточных материалов и др.) [2].

Для изучения низкотемпературного пиролиза нами была собрана установка, состоящая из: электроплитки, песочной бани, круглодонной колбы, прямого водяного холодильника, гидрозатвора. Термическую деструкцию полиэтилентерефталата проводили при температуре 400 С с улавливанием продуктов разложения.

В результате эксперимента получился продукт похожий на асфальт.

Низкотемпературный пиролиз представляет собой медленный процесс. С целью интенсификации разложения ПЭТ, для дальнейшего исследования принято решение применить высокотемпературный пиролиз.

В данном опыте для определения выхода летучих веществ из полиэтилентерефталата применили высокотемпературный пиролиз.

Исследование провели по известной методике по ГОСТу 6382–2001. В тигель с крышкой помещаем измельченный ПЭТ, переносим в муфельную печь, закрываем дверцу печи и выдерживаем 7 минут при температурах (табл. 1).

Затем вынимаем с муфельной печи тигель и охлаждаем на асбестовой пластине в течение 5 минут. После этого тигель с закрытой крышкой помещаем в эксикатор и охлаждаем до комнатной температуры. После охлаждения тигля с нелетучим остатком взвешиваем и производим расчет.

Результаты эксперимента приведены в таблице 1. Видно, что выход летучих веществ увеличивается с повышением температуры.

Представляет интерес химической переработка, которая не требует высоких температур и позволяет получить ценные химические продукты.

Химическая переработка, представляет собой преобразование полимерной цепи ПЭТ. Обычно посредством сольволитического расщепления цепи, происходит либо полная деполимеризация в мономеры или частичная деполимеризация в олигомеры. ПЭТ представляет собой продукт поликонденсации этиленгликоля терефталевой кислотой (или её диметиловым эфиром). ПЭТ может быть расщеплен на некоторые реагенты, такие как вода, спирты, кислоты, гликоли и амины. Кроме того, поскольку ПЭТ формируется за счет обратимой реакции поликонденсации, то он может быть преобразован обратно в мономеры или олигомеры при помощи проведения реакции в противоположном направлении путем добавления продукта конденсации. Продукты такой переработки можно очистить и повторно использовать в виде сырья для производства высококачественной химической продукции. Среди всех методов переработки, химическая переработка наиболее целесообразна, исходя из принципа «экологической устойчивости процесса», который определяется как процесс, удовлетворяющий потребности нынешнего поколения без ущерба для возможности будущих поколений также удовлетворять свои потребности. Это связано с тем, что в результате химической переработки получается сырье (мономеры), из которых изначально производится полимер. Таким образом, в идеальных условиях нет необходимости в дополнительных ресурсах для производства ПЭТ [3].

Щелочной гидролиз ПЭТ проводим следующим образом. Для чего в круглодонную колбу, которая была установлена в колбонагреватель поместили измельченный ПЭТ в количестве 75 граммов. При нагреве ПЭТ в присутствии NaOH в количестве 10 грамм, растворенного в 100 мл воды, происходит образование натриевых солей, бензойной и терефталевой кислот. Нагрев происходил приблизительно при 100 С, до полного выкипания жидкости в реакционной колбе. В колбе появились кристаллы светло — желтого почти белого цвета на поверхности кусочков пластика.

Полученный в результате реакции остаток растворяется в воде.

При добавлении к раствору серной и соляной кислоты, выпадает белый осадок, предположительно бензойная или терефталевая кислоты. Произвели фильтрацию раствора на складчатом бумажном фильтре, в результате выпали белый кристаллы и высушили при комнатной температуре. Остаток горит без копоти, желтым пламенем, в бензоле не растворяется, можно предположить, чтоу нас выпала терефталевая кислота. Кристаллы отделили фильтрацией на складчатом бумажном фильтре.

Список использованной литературы

1.Митрофанов Р. Ю., Чистякова Ю. С., Севодин В. П. Переработка отходов полиэтилентерефталата // Твердые бытовые отходы. — 2006. — № 6.
2. Переработка отходов пластмасс на комплексе ПРОМЕТЕЙ методом пиролиза. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.potram.ru/index.php?page=25 .
3. NatureTime. Переработка ПЭТ. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://nature-time.ru/2014/01/pererabotka-pet .