تالیست HZSM-5 به دلیل اندازه حفرات ریز، عمدهی محصول را به صورت گاز آزاد میکند. با انجام آزمون کروماتوگرافی گازی، درصد اجزای محصول مایع، آروماتیک، الفین، پارافین و نفتن موجود در محصول بدست آمد و همچنین اجزای محصول مایع بر اساس تعداد کربن نیز حاصل گردید. نتایج آزمون کروماتوگرافی گازی نشان میدهد که درصد قابل توجهی از محصول در پیرولیز با کاتالیست FCC را الفینها تشکیل میدهند.
با بررسی پیرولیز حرارتی و کاتالیستی پلی بوتادین رابر با استفاده از سه کاتالیست مذکور، این نتیجه حاصل شد که پیرولیز کاتالیستی با 45 درصد کاتالیست FCC بیشترین محصول مایع را میدهد. همچنین با توجه به دادههای آزمون کروماتوگرافی گازی، با افزایش میزان کاتالیست به دلیل احتمال بیشتر وقوع واکنشهای دیلز آلدر، جزء آروماتیکی محصول مایع نسبت به اجزای دیگر نفتن، پارافین و الفین، افزایش مییابد و از طرف دیگر نیز به دلیل شکست بیشتر، از نظر تعداد کربن به سمت اجزای سبکتر میل میکند.
با ارزیابی روند خروج محصول مایع با دما و رسم نمودار آن، این مطلب منتج گردید که در پیرولیز لاستیکها (پلی بوتادین رابر و استایرن بوتادین رابر) به دلیل وجود پیوندهای دوگانهی فراوان در ساختارشان و ایجاد رادیکالهای زیاد در حین پیرولیز، یک فرآیند پیرولیز چند مرحلهای خواهد بود و بر خلاف پیرولیز پلاستیکها، محصول مایع هیدروکربنی به صورت مجزا و در چند مرحله خارج میگردد .روند تغییرات دما در پیرولیز لاستیکها نیز به صورت افزایشی و کاهشی است.
در ادامه با بررسی درصدهای مختلف از کاتالیست FCC، این که میزان 45 درصد کاتالیست میزان بهینهی کاتالیست در پیرولیز استایرن بوتادین رابر است، نتیجهگیری شد. با انجام آزمون گرما وزن سنجی در پنج سرعت 5، 15، 30، 45 و 90 درجهی سانتیگراد بر دقیقه برای پلی بوتادین رابر و بررسی نمودارهای کاهش وزن با دما، این مطلب حاصل شد که تخریب پلی بوتادین رابر حاکی از ارتباط تخریب با درصد شبکهای شدن لاستیک در حین فرآیند است. در واقع تفاوت موجود بین نمودارهای مذکور نتیجهی رقابت بین این دو مکانیسم است. هرچه سرعت حرارتدهی پایینتر باشد زنجیرها فرصت ایجاد شبکههای عرضی را دارند و مکانیسم شبکهای شدن غالب است. با افزایش دما شبکههای تشکیل شده در حین فرآیند شکسته شده و شیب کاهش وزن افزایش مییابد. اما در سرعت 90 درجهی سانتیگراد بر دقیقه که روند آن با دیگر سرعتها کاملا متفاوت است، رادیکالها به دلیل سرعت و انرژی بالایی که دارند راحتتر حرکت کرده و تخریب کلی ساختار را امکانپذیر میسازند.
کلید واژهها:پیرولیز حرارتی، پیرولیز کاتالیستی، پلیالفینها، رابرها، میزان محصول مایع، درصد کاتالیست
فصل اول
مقدمه
استفاده از پلیمرها، پلاستیک ها و لاستیک ها در زندگی روزمره منجر به تولید میلیونها تن پسماند می شود که روش برخورد با آنها یکی از مسائل مهم زندگی شهری است. روش های مختلفی برای برخورد با این پسماند ها وجود دارد که مهمترین آنها عبارتند از: دفن پسماند، دفن پسماند همراه با گرفتن انرژی از آن ، سوزاندن پسماند و بازیافت حرارت و برق، بازیافت و تولید کمپوست (کود) ، استفاده مجدد و تبدیل پسماند به ترکیباتی دیگر همچون مایعات نفتی. استفاده صحیح از پسماندها می تواند به یکی از منابع اصلی انرژی مورد نیاز بشری در آینده ای نه چندان دور تبدیل شود.
تولید جهانی لاستیکها و پلاستیکها روز به روز در حال افزایش است و متعاقبا تولید زبالههای پلاستیکی و لاستیکی نیز روندی صعودی دارد عمر این زبالهها تا ماهها (فیلم کشاورزی) و سالها (اتومبیلها، وسایل خانگی) و حتی گاهی تا یک قرن ( در برخی کاربردهای ساختمانی) طول میکشد [1].
آمارپسماند
مطابق شکل 1-1 پلاستیک ها و سایر مصنوعات پلیمری حدود 12-10 درصد پسماند شهری انگلیس را شامل میشوند که با توجه به حجم بالای این مواد و عدم تخریب آنها در طبیعت به مدت طولانی، این مطلب اهمیت زیادی می یابد که چه خطراتی محیط زیست را تهدید می کند [2].
شکل ‎11-1 شکل درصد پسماندهای تولیدی در انگلیس [2].
روشهای حذف پسماند
در ادامه به اختصار توضیح روشهای حذف پسماند ارائه میگردد:
روش دفن زباله
این روش ابتدایی ترین و ارزان ترین روش موجود در جهت از بین بردن پسماندها می باشد. مزیت این روش استفاده از گاز متان ناشی از تجزیهی ترکیبات آلی است. از معایب این روش می توان به انتقال آلودگی و یا احتمال آلوده شدن آبهای زیر زمینی، تولید گازهای گلخانهای و نیاز به فضای مناسب برای دفن کردن، اشاره کرد[3].
روش سوزاندن پسماند
این روش نیز از ارزان ترین روشهای برخورد با پسماندهای پلیمری است. از مزایای این روش میتوان به تولید انرژی و حرارت بسیار بیشتر نسبت به روش دفن زباله و کاهش حجمی و جرمی قابل ملاحظهی پسماندها اشاره کرد. از طرفی دیگر این روش بسیار گرانتر از روش دفن زباله بوده و نیاز به دقت فراوان در مهار گازهای سمی آزاد شده وجود دارد. پیدا کردن مکان مناسب جهت سوزاندن از دیگر مشکلات این روش است[3].
تبدیل پسماند به کمپوست
در روش تولید کمپوست، ترکیبات آلی فسادپذیر به کود تبدیل شده و باعث حاصلخیزی خاک می‌‌شود. یکی از مهمترین مزایای این روش این است که از فرسودن خاک جلوگیری میکند. ازمزایای دیگر این روش این است که مانع از سپردن ترکیبات آلی به مراکز دفن زباله شده ومانع از انتشار گاز متان در محیط می‌‌شود. بوی بسیار بدکمپوست که تا مدتها در محیط باقی می‌‌ماند، محدودیت استفاده از کمپوست در پارکهای شهری و امکان آلوده کردن آبهای زیرزمینی و محیط اطراف در صورت عدم رعایت استانداردهای لازم در حین فرایند از معایب استفاده از این روش میباشد. از نکات دیگر در این زمینه این است که کنترل آلودگی در حین تولید کمپوست هزینههای تولید را بسیار بالا خواهد برد[3].
بازیافت
بازیافت و پیرولیز یکی از بهترین روشها در جهت حذف پسماندها است. پیرولیز، تبدیل مواد با جرم مولکولی بالا و یا پلیمرها به منومرهای اولیه، و یا مواد با جرم مولکولی پایین و با حالت فیزیکی مایع یا گاز، که این فرایند در غیاب اکسیژن انجام می شود.
بازیافت یکی از نشانه های توسعه یافتگی کشورها است، بدین معنی که هرچه درصد بازیافت پسماند در یک کشور بالا باشد نشانهی پیشرفت آن کشور و توجه آنها به مسئله منابع طبیعی و محیط زیست است. بازیافت به طرق مختلف باعث برگرداندن سرمایههایی که به سمت دفن شدن و یا سوزاندن می‌‌رود می‌‌شود. بازیافت پسماند به دو شکل استفاده مجدد و یا تبدیل آن به مواد شیمیایی دیگر می‌باشد. تبدیل پسماند به مواد شیمیایی دیگر از آن جهت مهم می‌باشد که در اغلب موارد امکان استفاده مجدد وجود ندارد. پس از بالا رفتن قیمت جهانی نفت، تبدیل پلاستیکها و سایر ترکیبات آلی به مایعات سوختی و قابل تبدیل به انرژی توجیه اقتصادی پیدا کرده و در اغلب کشورهای دنیا به عنوان یک راهکار کاهش مصرف ترکیبات نفتی دیگر به عنوان سوخت مورد توجه قرارگرفته است. این روشها علاوه بر هزینه بالای تولید دارای مشکلات دیگری می‌باشد و آن این است که ترکیباتی که بدین روش قابل بازیافت می‌باشد محدود بوده وکل پسماند را شامل نمیشود.
پیرولیز
پیرولیز فرآیندی است که در آن به وسیله حرارت، پیوندهای شیمیایی لاستیک کاملا شکسته میشوند. پیرولیز تایرهای ضایعاتی به دلیل تشکیل محصولات جانبی در حین فرآیند، موضوع بسیاری از پژوهشهاست. طی فرآیند پیرولیز (900-500 درجه سانتیگراد) لاستیک شکسته شده و محصولاتی مانند روغن، گاز و دوده به دست میآیند.
گاز جمع شده ترکیبی از اتیلن، پروپیلن، بوتان، بوتیلن و دیگر گازهای هیدروکربنی با وزن ملکولی پایینتر است. تلاش برای تولید کربن بلک و مایعات هیدروکربنی موفقیت محدودی داشته است. کربن بلک حاصل شده از کربن بلکی که به روش های سنتی تهیه شده، گران قیمتتر است.
مزایای پیرولیز
مزایای پیرولیز زبالههای پلاستیکی و تبدیل به سوخت مایع بدین شرح میباشد:
سبب بازیافت مخلوط پلاستیکهای ضایعاتی میشود که به روشهای دیگر بازیافت نمیشوند.
بازیافت پلاستیکهای آلوده و جامد را نیز میتوان با این شیوه انجام داد مانند پلاستیکهای کشاورزی، مالچ، فیلمهای گلخانهای و لولههای آبیاری.
با این روش میتوان لمینیتهای پلاستیکی، فیلمهای بستهبندی چند لایه مخصوصا آنهایی که شامل لایهای از فویل آلومینیوم هستند و با تکنولوژیهای سنتی قابل فرآیند نیستند را بازیافت کرد[3].
فصل دوم :مروری بر مطالعات انجام شده
طبقهبندی پلیمرها
پلیمرها به سه گروه اصلی ترموپلاستیک‌ها، ترموست‌ها و الاستومرها تقسیم می‌شوند. نتیجهی حاصل از بررسی انواع مختلف پلیمرها مشخص می‌کند که هر سه گروه مذکور دارای مقاومت شیمیایی بسیار بالا در برابر اسیدهای معدنی بوده و تقریباً همه آنها در مقابل تابش اشعه فرابنفش، مخصوصاً تابش نور خورشید، بسیار حساس هستند. ترموپلاستیک‌ها با توجه به خواص مکانیکی و شیمیایی مناسب، در بسیاری کاربردهای صنعتی نظیر لوله‌ها و تجهیزات انتقال، تجهیزات الکتریکی، پوشش‌ها، اتصالات و نظایر آن استفاده می‌شوند. ترموست‌ها برخلاف ترموپلاستیک‌ها دارای مقاومت خوردگی پایینی هستند و در نتیجه استفاده از آنها در صنایع محدود به ساخت لوله‌ها، شیرها، پمپ‌ها، ظروف، پوشش‌های محافظ، عایق‌کاری، چسبنده‌ها و … می‌شود. الاستومرها نیز به عنوان مواد پوشش مخازن، تانکها و لوله‌ها استفاده شده و از نظر شیمیایی در مقابل اسیدهای معدنی رقیق، قلیاها و نمکها مقاوم هستند.
الاستومرها
لاستیکها و الاستومرها عمدتاً بعنوان مواد پوشش برج‌ها، مخازن، تانکها، و لوله‌ها استفاده می‌شوند. مقاومت شیمیایی بستگی به نوع رابر و ترکیبات آن دارد. اخیراً رابرهای مصنوعی به بازار عرضه شده که نیازهای صنایع شیمیایی را