Atık baskılı devre kartlarının termal bozunma süreçlerinin incelenmesi
Investigation of thermal degradation processes of waste printed circuit board
Yazar: HAVVA HANDE CEBECİ
Danışman: PROF. DR. AYSEL KANTÜRK FİGEN ; DR. ÖĞR. ÜYESİ KORKUT AÇIKALIN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Baskı devre kartları = Printed circuit boards

Özet:
Bu çalışma, elektronik atık türü olan baskılı devre kartlarının (BDK) termal bozunma süreçlerinin incelenmesi ve termal ana reaksiyonunun kinetik parametrelerinin hesaplanması amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda öncelikle bilgisayar kasasından çıkarılan BDK atıkları çeneli kırıcıdan geçirilerek 4 farklı fraksiyona ayrılmış ve yapısal karakterizasyonu için hazır hale getirilmişlerdir.  Farklı fraksiyon aralıklarının BDK atıklarının termal bozunma karakteristiği termogravimetrik analiz kullanılarak incelenmiştir. Analizler N2 atmosferi altında 800°C'ye kadar izotermal olmayan ısıtma modunda gerçekleştirilmiştir.  Bozunma esnasında açığa çıkan uçucu bileşikler eş zamanlı olarak FT-IR cihazına kalitatif gaz analizi gerçekleştirilmiştir. Analiz sonuçları değerlendirildiğinde BDK atıklarının termal bozunma süreçlerinin  dört basamakta gerçekleştiği, ikinci basamakta en yüksek kütle kaybının gerçekleşmesi nedeniyle ana termal bozunma basamağı 250°C-390°C sıcaklık aralığı olarak belirlenmiştir. Ana termal bozunma  reaksiyonunun aktivasyon enerjisi (Ea), reaksiyon mertebesi (n) ve pre-eksponansiyel faktör (A)  Coats-Redfern, Friedman, Flynn-Wall-Ozawa, Kissenger-Akahira-Sunose ve Starink yöntemleri kullanılarak hesaplanmıştır. Sonuç olarak , Coats-Redfern yönteminin atık BDK'ların  termal bozunma reaksiyonlarını temsil eden en iyi model olduğu belirlenmiş ve ikinci dereceden F2 reaksiyon mekanizmasına uyduğu tespit edilmiştir. İncelenen fraksiyon aralığına bağlı olarak değiştiği tespit edilen Ea değerleri, 260-340 kJ/mol aralığında hesaplanmıştır. Açığa çıkan gaz analiz sonuçlarına göre, BDK atıklarının yapısında yaygın olarak bulunan plastikler, bromlu bileşikler, polikarbonat ve epoksi reçinelerin bozunması sonucu CO2, CO, H2O, fenol ve fenol türevi gazlar açığa çıkmıştır. Açığa çıkan gaz ürünlerin karbonca zengin olması nedeniyle, BDK atıklarının geri dönüşümünde piroliz temelli değerlendirme yöntemine gidilerek değerli kimyasal ürünlerin elde edilmesi önerilmiştir.

Abstract:
This study aims to examine the thermal degradation processes of printed circuit boards (BDK), which is a type of electronic waste, and to calculate the kinetic parameters of the thermal main reaction. For this purpose, BDK wastes, which were first removed from the computer case, were passed through a jaw crusher and separated into 4 different fractions, and made ready for structural characterization. The thermal degradation characteristics of BDK wastes of different fraction ranges were investigated using thermogravimetric analysis. The analyzes were carried out in non-isothermal thermogravimetric mode conditions up to 800°C under N2 atmosphere. Qualitative gas analysis of the volatile compounds released during the decomposition was carried out simultaneously with the FT-IR device. When the analysis results were evaluated, it was determined that the thermal decomposition processes of BDK wastes took place in four steps, and the main thermal decomposition step was determined as 250°C-390°C since the second step had the highest mass loss. The activation energy (Ea), reaction order (n) and pre-exponential factor (A) of the main thermal reaction were calculated using Coats-Redfern, Friedman, Flynn-Wall-Ozawa, Kissinger-Akahira-Sunose and Starink methods. As a result, it was determined that the Coats-Redfern method is the best model representing the thermal decomposition reactions of waste BDKs and it fits the second-order F2 reaction mechanism. It was calculated that Ea values changed depending on the fraction range studied and were in the range of 260-340 kJ/mol. According to the released gas analysis, CO2, CO, H2O, phenol and phenol derivative gases were released as a result of the decomposition of plastic, brominated compounds, polycarbonate and epoxy resins, which are common in the structure of BDK wastes. Due to the evolved gas products are rich in carbon, it has been suggested to obtain valuable chemical products by using the pyrolysis-based evaluation method for recycling BDK wastes.