Ανάπτυξη προηγμένων τεχνικών θερμοχημικής ανακύκλωσης πολυμερών
Authors: Αντωνάκου Ελένη 
Published: August 2021

Η ραγδαία ανάπτυξη στη τεχνολογία των απορριμμάτων ηλεκτρικού και ηλεκτρονικού εξοπλισμού (ΑΗΗΕ), σε συνδυασμό με την πληθώρα των χρήσεων αλλά και το μικρό χρόνο ζωής τους για τα περισσότερα από τα προϊόντα, θέτει ένα σημαντικό πρόβλημα όσον αφορά τη διαχείριση της συγκεκριμένης ομάδας αποβλήτων. Οι θερμοχημικές μέθοδοι εμφανίζονται ως εναλλακτικές και για την αποικοδόμηση των AHHE δεδομένου ότι μπορούν, κάτω από ελεγχόμενες συνθήκες, να αποικοδομήσουν περίπλοκα οργανικά μακρομόρια διαφορετικών συστάσεων σε χρήσιμα προϊόντα (συνήθως στο μονομερές του πολυμερούς και σε άλλες οργανικά συστατικά, μερικά από τα οποία υψηλής εμπορικής αξίας). Για την παρούσα μελέτη επιλέχθηκαν ως αντιπροσωπευτικά υλικά των ΑΗΗΕ το πολυστυρένιο υψηλής αντοχής στην κρούση (HIPS) και ο πολυ(ανθρακικός εστέρας της δισφαινόλης Α) (PC) (polycarbonate, PC), λόγω της πληθώρας των χρήσιμων εφαρμογών αλλά κυρίως γιατί αποτελούν σημαντικά κλάσματα αυτών (HIPS 25%, και PC 10%). Οι μέθοδοι που επιλέχτηκαν αρχικά να μελετηθούν πειραματικά ήταν η ανακύκλωση σε αντιδραστήρα μικροκυμάτων και η θερμική πυρόλυση που πραγματοποιήθηκε σε δύο τύπους αντιδραστήρων (αντιδραστήρα σταθερής κλίνης και πυρολύτη μικρο-κλίμακας με απευθείας σύνδεση με αέριο χρωματογράφο, Py-GC/MS). Το μεγαλύτερο μέρος της διατριβής ασχολήθηκε με τη διερεύνηση της μεθόδου της πυρόλυσης και της καταλυτικής πυρόλυσης και όσον αφορά την κατανόηση του μηχανισμού θερμικής πυρόλυσης μελετήθηκε η θερμική διάσπαση του PC σε πέντε διαφορετικές θερμοκρασίες αντίδρασης και αναλύθηκαν τα υγρά και αέρια προιόντα. Στον τομέα της καταλυτικής πυρόλυσης, εννέα καταλύτες με διαφορετικές ιδιότητες (όπως η οξύτητα/βασικότητα και το μέγεθος των πόρων) μελετήθηκαν σε αντιδραστήρα σταθερής κλίνης με πρότυπο (PC) και τα κλάσματα της πυρόλυσης (στερεά, υγρά και αέρια) συλλέχθηκαν και αναλύθηκαν. Τα υγρά προϊόντα αποτελούνταν κυρίως από φαινόλες και υποκατεστημένες φαινόλες καθώς και από το αρχικό μονομερές του PC, τη δισφαινόλη Α. Οι βέλτιστες πειραματικές συνθήκες (π.χ. θερμοκρασία αντίδρασης) μελετήθηκαν περαιτέρω σε εμπορικά προϊόντα από ψηφιακούς δίσκους (CDs) με βάση τον πολυ(ανθρακικό εστέρα της δισφαινόλης Α), PC και το πολυστυρένιο υψηλής αντοχής στην κρούση (HIPS). Η σύσταση των προϊόντων πυρόλυσης και η εκλεκτικότητα ως προς τα παραγόμενα προϊόντα σχετίζεται με παράγοντες όπως οι όξινες/βασικές ιδιότητες καθώς και το μέγεθος των πόρων των καταλυτικών υλικών. Τέλος πραγματοποιήθηκε προκαταρκτική μελέτη της ενζυματικής αποικοδόμησης ως προτεινόμενης πειραματικής διαδικασίας ανακύκλωσης εμπορικού PC πολυμερούς. Συνοψίζοντας, όλες οι μέθοδοι ανακύκλωσης στην παρούσα μελέτη και για τα υλικά που μελετήθηκαν εμφανίζουν ερευνητικό ενδιαφέρον. Πιο συγκεκριμένα η αποικοδόμηση μέσω μικροκυμάτων και η θερμική πυρόλυση εμφανίζονται ως οι πιο ενδιαφέρουσες μέθοδοι για την παραγωγή του μονομερούς ενώ η καταλυτική πυρόλυση διαφοροποιεί κατά περίπτωση τη σύσταση των παραγόμενων προϊόντων και εμφανίζεται πιο κατάλληλη για την παραγωγή προϊόντων προστιθέμενης αξίας. Ακόμα και πιο «ήπιες μέθοδοι» όπως η αποικοδόμηση παρουσία ενζύμων εμφανίζονται ως πιθανές μέθοδοι για μελλοντική διερεύνηση, ενώ ενδιαφέρον θα παρουσίαζε και η μελέτη μιγμάτων πολυμερών ή και κλασμάτων ΑΗΗΕ.