Metal yüklü zeolit katalizörlerle plastik atıkların kimyasal geri kazanımı
Chemical recycling of plastic wastes over metal doped zeolite catalysts
Yazar: TUĞBA ALBAYRAK
Danışman: PROF. DR. ALİ KARADUMAN
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Atıkları en aza indirmek temel amaç olmakla birlikte oluşmuş atıkları da bir şekilde çevreye zararlı olmaktan kurtarmak ve ayrıca ekonomiye katkı yapacak şekilde değerlendirmek gerekmektedir.  Plastik atıkların kimyasal geri kazanımında en yaygın uygulanan yöntem pirolizdir. Piroliz, atığın genelde oksijensiz ortamda ısı etkisiyle bozundurulması işlemidir. Piroliz katalizörlü, katalizörsüz, indirgen veya yükseltgen ortamda yapılabilmektedir. Isı etkisi ile bozunan atıklar sıvı, katı ve gaz ürünlere dönüşmektedir. Piroliz, ürünleri yakıt veya kimyasal hammadde olarak kullanılması açısından, plastik atıklar için cazip ve alternatif bir geri dönüşüm tekniğidir.

Bu çalışmada amaç, plastik atıkların metal yüklü zeolit katalizörlerle kimyasal geri kazanımının araştırılmasıdır. Bu amaç doğrultusunda, polietilen ve polistiren plastik atıklar ZSM-5 sentetik zeoliti üzerinde yarı kesikli piroliz sisteminde piroliz edilmiştir.  Katalizör olarak kullanılan zeolitlere metal yüklenmiştir. Katalitik piroliz sonucunda oluşan ürünlerin dağılımı ve miktarları belirlenmiştir. Ayrıca piroliz ürünlerinin bileşimi üzerine sıcaklık, süre, katalizör cinsi vb. gibi parametrelerin etkisi incelenmiştir.   

Deneysel çalışmalar ve analizler sonucunda PS/AYPE oranı azaldıkça sıvı ve toplam dönüşüm değerlerinin azaldığı belirlenmiştir. Maksimum stiren veriminin elde edildiği en uygun deney şartları 450 °C'de yapılan ZSM-5 %10 Fe deney koşulları olarak belirlenmiştir. Sıvı ürünün büyük oranda stiren, etilbenzen, α metil stiren, benzen ve türevleri gibi aromatik hidrokarbonlardan oluştuğu belirlenmiştir. Elde edilen sıvı ürünün yakıt olarak kullanımının araştırılması kapsamında ise en fazla fraksiyon %50,8 ile 150-235 oC arasında PS/AYPE:1/5 ısıl bozundurma sıvısından elde edilmiştir. Fraksiyonun yoğunluğu 0,77 (g/cm³), anilin noktası 15,7 °C ve setan sayısı da 37 olarak elde edilmiştir.

Abstract:
Although the main objective is to minimize the waste, it is necessary to prevent the harmful effect of wastes to environment and to evaluate them in a way that will contribute to the economy. Pyrolysis is the most common method of chemical recovery of plastic waste. Pyrolysis is the thermal decomposition of wastes in an oxygen-free environment. Pyrolysis can be carried out with or without catalyst, in reducing or oxidizing area. Wastes decomposed by the effect of heat to yield liquid, solid and gas products. Pyrolysis is an attractive and alternative recycling technique since its products are used as fuel or chemical raw materials.

The aim of this study is the research of the chemical recycling of plastic wastes with metal doped zeolite catalysts. In the scope of that purpose, LDPE and PS plastic wastes were pyrolyzed on ZSM-5 synthetic zeolite within semi-batch pyrolysis system. The zeolite catalysts were doped with metal and the distributions and quantities of products formed as a result of catalytic pyrolysis have been determined. Also, upon the composition of pyrolysis products, the effect of such parameter's temperature, duration, type of catalyst, etc has been investigated.

As a result of the experimental studies and analyzes, it is found that as the PS/LDPE ratio decreased, the liquid and total conversion values decreased as well as. The maximum styrene efficiency has obtained with the test condition ZSM-5 10%Fe test conditions at 450 °C. The liquid product is mainly composed of aromatic hydrocarbons such as aromatic styrene, α methyl styrene, benzene and naphthalene derivatives. The maximum fraction has been acquired from PS/LDPE:1/5 thermal decomposition liquid between the ratio of 50.8% and 150-235 oC as a part of the investigation of the use of the liquid product as fuel. The density of the fraction is 0.77 (g / cm³), the aniline point is 15.7 ° C and the cetane number is 37, respectively.