Διαχωρισμός πλαστικών στερεών αποβλήτων με την τεχνική της επίπλευσης και αξιοποίησή τους στην παρασκευή προσροφητικών υλικών
Creators: name: Τσαβέ, Πολυξένη Κωνσταντίνου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2019
Subjects: PET, PS
Ενεργός άνθρακας
Χρωστική Reactive Black 5
Activated carbon
Reactive Black 5

description: Το πλαστικό είναι ένα νέο υλικό με εξαιρετικά χαρακτηριστικά όπως η ανθεκτικότητα, το χαμηλό κόστος παραγωγής του, οι μικρές απαιτήσεις σε πρώτες ύλες και ενέργεια και οι απλές παραγωγικές διαδικασίες. Η σύγχρονη ζωή θα ήταν αδιανόητη χωρίς αυτό, αφού πρόκειται για ένα υλικό το οποίο κυριαρχεί στην παραγωγή τόσο βιομηχανικών όσο και καταναλωτικών αγαθών. Έτσι, οι περισσότερες βιομηχανίες σε παγκόσμια κλίμακα δραστηριοποιούνται όλο και περισσότερο στην παραγωγή πλαστικών με άμεση συνέπεια τα πλαστικά στερεά απόβλητα (PSW) να παράγονται σε μαζική κλίμακα. Η παραγωγή τους το 2015 ξεπέρασε τους 269 εκατομμύρια τόνους παγκοσμίως. Με γνώμονα την τάση που κυριαρχεί τώρα υπολογίζεται ότι το 2020 θα κυκλοφορούν στην αγορά της Ευρωπαϊκής Ένωσης 66,5 εκατομμύρια τόνοι πλαστικού και ότι έως το 2050 μπορεί να έχει τριπλασιαστεί η παγκόσμια παραγωγή του. Δυστυχώς, η αλματώδης αύξηση της χρήσης των πλαστικώνσυνοδεύτηκε από δύο μεγάλα προβλήματα. Πρώτον, την εξάντληση των φυσικών πόρων και πιο συγκεκριμένα τουπετρελαίου από το οποίο παράγονται και δεύτερον τον συνεχώς αυξανόμενο όγκο τωναπορριμμάτων που προκύπτουν, τα περισσότερα εκ των οποίων είναι επιβλαβήτόσο για τον άνθρωπο όσο και για το περιβάλλον. Λαμβάνοντας λοιπόν υπόψη τη μεγάλη παραγωγή πλαστικού παγκοσμίως και την ανθεκτικότητα του υλικού αυτού, άρα και τη δυσκολία αποσύνθεσης στο περιβάλλον, η ανακύκλωση καθίσταται επιτακτική ανάγκη, τόσο για οικονομικούς αλλά κυρίως για περιβαλλοντικούς λόγους. Οι βασικές τεχνικές ανακύκλωσης των πλαστικών στερεών αποβλήτων κατηγοριοποιούνται ανάλογα με το είδος της εφαρμοζόμενης τεχνολογίας στις εξής κατηγορίες: εξώθηση εκ νέου (πρωτογενής ανακύκλωση), μηχανική ανακύκλωση (δευτερογενής), χημική ανακύκλωση (τριτογενής) και τέλος η ανακύκλωση με ανάκτηση ενέργειας (τεταρτογενής). Προκειμένου να ανακυκλωθούν τα πλαστικά στερεά απόβλητα κρίνεται αναγκαίο να διαχωριστούν πρώτα. Μια πολλά υποσχόμενη και οικονομική μέθοδος διαχωρισμού αποτελεί η επίπλευση. Η επίπλευση είναι μια διεργασία διαχωρισμούπου επιτυγχάνεται με την βοήθεια της άνωσης.Η τεχνική εκμεταλλεύεται την διαφορά της επιφανειακής υδροφοβικότητας των σωματιδίων προς διαχωρισμό.Έτσι, τα υδρόφοβα συστατικά ενός διαλύματος ή αιωρήματος που βρίσκονται διεσπαρμένα σε κάποιο υγρό προσκολλώνται σε φυσαλίδες αερίου που διοχετεύεται σε αυτό και η σχετική πυκνότητα των δημιουργούμενων συσσωματωμάτων φυσαλίδας-στερεού καθίσταται μικρότερη από την αντίστοιχη του υγρού. Το αποτέλεσμα είναι το συσσωμάτωμα που δημιουργήθηκε να επιπλέει στην επιφάνεια, από όπου και απομακρύνεται. Εξαιτίας της υδροφοβικότητας που παρουσιάζουν τα περισσότερα πλαστικά απαιτείται η χρήση κατάλληλων παραγόντων διαβροχής οι οποίοι καθιστούν εκλεκτικά ορισμένα πλαστικά υδρόφιλα διευκολύνονταςέτσι τον διαχωρισμό τους. Τα κυριότερα πλαστικά που χρησιμοποιούνται στην καθημερινότητα είναι τα θερμοπλαστικά, δηλαδήο τερεφθαλικός πολυαιθυλεστέρας (PET), το πολυβινυλοχλωρίδιο (PVC), το πολυπροπυλένιο (PP), το πολυαιθυλένιο υψηλής πυκνότητας (HDPE), το πολυαιθυλένιο χαμηλής πυκνότητας (LDPE), και το πολυστυρένιο (PS). Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι ο διαχωρισμός των αναφερθέντων πολυμερών με την τεχνική της επίπλευσης με διεσπαρμένο αέρα και στην συνέχεια επαναχρησιμοποίηση αυτών ως μήτρες προσροφητικών υλικών στην αντιρρυπαντική τεχνολογία και συγκεκριμένα για την απομάκρυνση χρωστικών από υδατικά διαλύματα. Για την επίτευξη του σκοπού αυτού πραγματοποιήθηκαν πειράματα επίπλευσης διεσπαρμένου αέρα σε δυαδικά, τριαδικά και σε σύνθετο μίγμα πολυμερών. Για την εκλεκτική διαβροχή των πλαστικών χρησιμοποιήθηκαν ο επιφανειοδραστικός παράγοντας ελαϊκό νάτριο (Sodiumoleate), καθώς και οι διαβρέκτες πολυβινυλική αλκοόλη (Polyvinylalcohol, PVA) και δωδεκυλαμίνη (Dodecylamine, DA), ενώ μελετήθηκαν οι σημαντικότερες παράμετροι του συστήματος, όπως είδος και συγκέντρωση διαβρέκτη και το pH. Μετά τον ικανοποιητικό διαχωρισμό των πλαστικών, τα πλαστικά PET και PSεπαναχρησιμοποιήθηκαν για να παρασκευαστούνπροσροφητικά υλικά με ενσωμάτωση ενεργού άνθρακα τα οποία χρησιμοποιήθηκαν για να απομακρύνουν την χρωστική ReactiveBlack από υδατικά διαλύματα. Συμπερασματικά, η επίδραση του pH καθώς και η συγκέντρωση των επιφανειοδραστικών ενώσεων αποδείχθηκαν καθοριστικά για τον επιτυχή διαχωρισμό των πλαστικών στα δυαδικά συστήματα, στο τριαδικό καθώς και στο σύνθετο σύστημα πολυμερών με το ποσοστό ανάκτησης σε ορισμένες περιπτώσεις να φτάνει και το 100%. Τέλος, τα ανακυκλωμένα PET και PS σε συνδυασμό με ενεργό άνθρακα έδωσαν προσροφητικά υλικά τα οποία λειτουργούν πολύ καλά κατά την απομάκρυνση της χρωστικής ReactiveBlack συγκέντρωσης 50 mg/L από υδατικά διαλύματα, με ποσοστό απομάκρυνσης να ξεπερνά το 97% και στις δύο περιπτώσεις.
description: Plastic is a new material with excellent properties such as durability, low production costs, low raw material and energy requirements, and simple production processes. Modern life would be unconceivable without it, as it is a material that dominates the production of both industrial and consumer goods. Thus, most industries worldwide are more active in plastic production and the direct consequence of this massive scale production.World production of plastic materials in 2015was more than 269 million tones.In line with the current trend, it is estimated that in 2020 66.5 million tons of plastic will be merchandised in the European Union market and that world production by 2050may have tripled. Unfortunately, the rapid increase of plastics usehas been accompanied by two major problems. First of all, the depletion of natural resources, and in particular the oil which they are produced of, and secondly, the ever-increasing volume of waste with consequences detrimental both to man and the environment. Taking into account the large production of plastics worldwide and the resilience of this material and hence the difficulty of its decomposition into the environment, recycling becomes an imperative for both economical and environmental reasons. The basic recycling techniques of plastic solid waste are classified according to the type of technology applied in the following categories: re-extrusion (primary recycling), mechanical recycling (secondary), chemical recycling (tertiary) and recycling with energy recovery (quaternary). In order to recycle plastic solid waste, separation of different plastics is necessary to take place first. A flaring and quite economical separation method is flotation. The technique takes advantage of the difference in surface hydrophobicity of the particles to be separated. Thus, the hydrophobic components of a solution or suspension dispersed in a liquid adhere to gas bubbles passed therein, and the relative density of the resulting bubble-solid aggregates becomes less than that of the liquid. The result is the created cluster to float on the surface, from where it is removed. Due to the hydrophobicity of most plastics, it is necessary for their successful separation to use suitable wetting agents, which selectively make plastics hydrophilic. The main plastics used in everyday life are polyethylene terephthalate (PET), polyvinyl chloride (PVC), polypropylene (PP), high density polyethylene (HDPE), low density polyethylene (LDPE), and polystyrene (PS). The purpose of this thesis is to separate polymers by the technique of dispersed air flotation and then reuse them as matrices of adsorbent materials in antifouling technology and in particular to remove pigments from aqueous solutions.To achieve this goal, dispersed air flotation experiments were performed on binary, ternary and composite polymer blends. Surfactant sodium oleate as well as wetting agents polyvinyl alcohol (PVA) and dodecylamine (DA) were used to selectively wet the plastics, while the most important parameters of the system, such as type and concentration of wetting agent and pH, were studied. The compensatory separation of plastics PET and PS was followed by the preparation of carbon composite materials that were used to remove Reactive Black dye from aqueous solutions. In conclusion, the effect of pH and surfactants concentration proved decisive for the successful separation of plastics in binary,ternary and a composite plastic blend. In some cases the recovery rate of some polymers reached100%. Finally, recycled PET and PS combined with activated carbon provided adsorbents that work successfully in removing Reactive Black dye(50 mg/L) from aqueous solutions, with a removal rate of more than 97% in both cases.