Polimetilmetakrilat (PMMA) plastik atıkların katalitik pirolizi
Catalytic pyrolysis of polymethylmethacrylate (PMMA) plastic waste
Yazar: NEVİN SAYDAM
Danışman: PROF. DR. ALİ KARADUMAN
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Dünya nüfus artışıyla beraber, gelişmiş koşullarda yaşayan insanların ihtiyaçları plastik malzeme tüketiminin artmasına yol açmaktadır. Plastiklerin üretimine paralel olarak tüketimi de giderek artmakta ve tüketim sonunda büyük oranda atık oluşturmaktadır. Doğrusal bir termoplastik olan polimetilmetakrilat da optik bakımdan mükemmel oluşu, saydam, berrak oluşu, mükemmel darbe direnci, açık hava dayanımı gibi nedenlerden dolayı plastikler içinde özel bir yere sahiptir ve kullanımı giderek artmaktadır. Plastik atıkların geri kazanımı hem ekonomik olarak hem de çevre sorunları nedeniyle önem arz etmektedir.Bu çalışma kapsamında, yarı kesikli işletilen deney sisteminde, reklam tabelası atığı olan 3mm kalınlığındaki polimetilmetakrilat levhaların, ısıl ve katalitik pirolizi araştırılmıştır. Deneylerde kullanılan reaktör, katalizör yerleştirmek için ayrı bir bölümü bulunan ısıl ve katalitik piroliz amaçlı özel bir reaktördür. Reaktör, atıkların önce ısıl olarak parçalanmasına, daha sonra ise gaz fazda bulunan parçalanma ürünlerinin reaktörün katalizör bölümünde bulunan katalizörle temas etmesine ve katalitik pirolizin gerçekleşmesine olanak sağlamıştır. Piroliz süresi, sıcaklık, katalizör cinsi ve katalizör/PMMA oranı etkisi incelenen deney parametreleridir. Deneyler 425 - 500 oC sıcaklık aralığında gerçekleştirilmiştir. Al2O3 ve ZrO2 olmak üzere iki farklı destek maddesi kullanılarak hazırlanan ve aktif bileşenleri Ni, Co, La, Cu gibi geçiş metalleri olan katalizörler kullanılmıştır. Piroliz sıvı ürünlerinin GC/MS analizleri ve tanımlaması yapılmıştır.Isıl piroliz deneyleri sonucu elde edilen verilere göre, sıcaklığın 450 oC'a çıkmasıyla birlikte sıvı ürün verimi artmış, 475 oC'da maksimum değeri olan % 73,89'a ulaşmıştır. Sıvı ürün içerisindeki başlıca ürün metilmetakrilat (MMA) miktarının maksimum değeri ise % 49,63 olarak yine 475 oC sıcaklıktadır. Toplam dönüşümün en yüksek değeri olan % 99,20'ye 500 °C sıcaklıkta, 60 dakika piroliz süresinde, 0,3 l/min N2 akış hızında ve atmosferik basınçta ulaşılmıştır.Katalitik pirolizde ise deneylerde kullanılan katalizörler içerisinde en iyi katalizör olan % 10 Ni/ZrO2, istenen verimleri daha düşük sıcaklıklarda sağlamıştır. % 10 Ni/ZrO2 katalizörü, en yüksek sıvı ürün verimine % 80,40 ve % 80,64 değerleriyle 450 ? 475 oC sıcaklık aralığında, en yüksek MMA miktarına % 74,30 değeriyle 475 oC'da ulaşılmasına olanak sunmuştur. En yüksek toplam dönüşüm % 99,24 değeriyle 500 oC'ta, 60 dakika piroliz süresinde, 0,3 l/min N2 akış hızında ve atmosferik basınçtadır. % 10 Ni/ZrO2 katalizörü için katalizör/PMMA oranının 1/10'dan 2/15'e artırılması ile yapılan çalışmalar, sıvı ürün verimi ve toplam dönüşümün daha da arttığını, sıvı ürün veriminin % 84,61, % 84,65 değerleriyle 450 -475 oC sıcaklık aralığında, toplam dönüşümün % 99,30 değeriyle 500 oC'da maksimuma ulaştığını göstermiştir.

Abstract:
Along with the increase in world?s population, needs of people living under sophisticated conditions lead an increase in the amount of consuming plastic materials. In parallel to production of plastics, their consumption is also gradually increasing and huge quantities of waste are formed as a result of this consumption. Due to the reasons in regard to poymethylmethacrylate which is a linear thermoplastic such as being perfect in terms of optics, transparent, lucent, having excellent shock resistance and outdoor durability, it has a special position among other plastics and use of which is gradually increasing. Recycle of plastic waste has a significant importance because of both economic and environmental issues.Within the scope of this study, thermal and catalytic pyrolysis of poymethylmethacrylate sheets with 3 mm thickness which are waste of billboard have been investigated under an experimental system treated through semi ? batch. Reactor which is used in the experiments is a special reactor intended for thermal and catalytic pyrolysis, with a separate segment in order to place catalyst. Reactor ensured primarily that waste decomposed thermally then the decomposed products in gas phase contacted with catalyst which is in the catalyst segment of the reactor and catalytic pyrolysis could occur. Time of pyrolysis, temperature, type of catalyst and ratio of catalyst / PMMA are the experimental parameters analyzed. Experiments were carried out within the range of 425 ? 500 oC temperature. Catalysts were used, which were prepared by using two different supplementary materials such that Al2O3 and ZrO2 and active components of which are transition metals such as Ni, Co, La, Cu. GC/MS analysis and definition of pyrolysis liquid products were made.According to the data obtained as a result of thermal pyrolysis experiments, with the heat became 450oC, efficiency of liquid product increased and reached its maximum value (73,89%) at 475oC. Main product in the liquid product ? MMA?s maximum amount is again at 475 oC with 49,63%. The maximum value of overall recycle was reached at 500 oC as 99,20% throughout 60 minutes pyrolysis period, with 0,3 l/min N2 flow rate and atmospheric pressure.For catalytic pyrolysis, as the best catalyst among catalysts used for experiments 10% Ni/ ZrO2 provided desired efficiency at lower temperatures. 10% Ni/ ZrO2 catalyst allowed for reaching the peak liquid product efficiency with 80,40% and 80,64% values within the range of 450 ? 475oC and the peak value of methylmethacrylate (MMA) amount with 74,30% at 475oC. Maximum value of overall recycle was reached at 500oC as 99,20% throughout 60 minutes pyrolysis period, with 0,3 l/min N2 flow rate and atmospheric pressure. The studies carried out by increasing the ratio of catalyst / PMMA for 10% Ni/ ZrO2 from 1/10 to 2/15 revealed that the efficiency of liquid product and overall recycle increased more and efficiency of liquid product reached to maximum with 84,61%, 84,65% values within the range of 450 ? 475oC and overall recycle with 99,30% at 500oC.