Evsel termoplastik katı atıkların piroliz ürünleri ve yeni değerlendirme yaklaşımları
Pyrolysis products of municipal thermoplastic solid wastes and new recycling approaches
Yazar: MERVE SOĞANCIOĞLU
Danışman: DOÇ. DR. ESRA YEL ; PROF. DR. GÜLNARE AHMETLİ
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Epoksi = Epoxy ; Piroliz = Pyrolysis ; Plastik atıklar = Plastic wastes

Özet:
Bu tez çalışmasında önemli bir katı atık problemi olan termoplastik atıklardan,  HDPE, LDPE, PET, PP, PS ve bunların karışımının, yıkama ön işleminden geçirilmeden ve yıkama ön işleminden geçirilerek piroliz deneyleri gerçekleştirilmiştir. Deneyler sonucunda elde edilen katı, sıvı ve gaz ürünlerin miktar ve karakteristikleri belirlenmiş ve HDPE ve LDPE türlerinden elde edilen kok ile epoksi kompozit malzeme üretilmiştir. Plastik türünün, piroliz sıcaklığının ve yıkama ön işleminin piroliz ürünleri ve kok ile üretilen epoksi kompozit malzeme kalitesine olan etkisi incelenmiştir. Ayrıca değişen kok katkı dozlarının kompozit üzerine etkileri de araştırılmıştır. Piroliz sonucunda HDPE türü plastik atıkların piroliz verimi yıkanmamış ve yıkanmış gruplar için sırasıyla %97.7 ve %98.4 ile diğer plastik türlerine göre daha yüksektir. Çalışılan en yüksek piroliz sıcaklığı olan 700°C için, yıkanmamış ve yıkanmış gruptaki aromatiklik derecesi en fazla HDPE türü kok için tespit edilmiştir. Tüm kok türleri için, kokun elde edildiği piroliz sıcaklığı arttıkça, kokun termal stabilitesi artarak, kalıntı miktarının artmasına neden olmuştur. PET ve PP sıvı ürünün bünyesindeki C10-C40 HC miktarları diğer sıvı ürün türlerine göre daha fazla olduğundan bu iki türün ısıl değerleri diğer polimer türlerinden düşüktür. Bütün plastik türleri için, piroliz gaz ürünü yapısında,1 penten, pentan, 2-metil - 1-penten, hekzan, benzen, 1-hepten, toluen, oktan, etilbenzen, 2.4-dimetil-1-hepten ve stiren bileşikleri tespit edilmiştir. Özellikle PET, PP ve PS türü plastiklerden elde edilen gaz ürünlerin metil ve dimetil grupları bakımından oldukça zengin olduğu belirlenmiştir. 
HDPE ve LDPE kokundan elde edilen kompozitlerde kok dozu arttıkça bozunma sıcaklıkları da artarak, kompozitler termal olarak daha kararlı hale gelmişlerdir. 300°C ve 400°C piroliz sıcaklıklarında elde edilen yıkanmamış HDPE kokunun %10 eklendiği kompozit dozunda, malzemenin kopma uzaması referansa göre daha yüksektir. Bunun yanında, LDPE kokundan elde edilen kompozitlerin kopma uzamaları HDPE kokundan elde edilen kompozitlerden daha yüksektir. Bu tür kompozitlerde kokun elde edildiği piroliz sıcaklığı ve kok dozu arttıkça, kopma uzaması ve HDPE koku katkılı kompozit malzemenin sertlik değerleri artmıştır.  
Bu tez çalışması ile,  plastik atıklar piroliz yöntemi ile bertaraf edilmiş, bu prosesten meydana gelen ve ikincil bir atık olan kok için yeni bir değerlendirme alanı ortaya konmuştur. Bunun yanında, diğer piroliz ürünleri olan sıvı ve gaz piroliz ürünlerinin karakterizasyonları yapılarak, bu ürünlerin farklı alanlarda değerlendirmesine yardımcı olacak önemli bir veri tabanı oluşturulmuştur.

Abstract:
In this thesis, pyrolysis process was applied to one of the important problematic solid wastes, thermoplastic wastes wich are HDPE, LDPE, PET, PP, PS, and their mixture. The process was studied for the waste samples with or without pre-washing process. Quantities and characteristics of the solid, liquid and gas products obtained at the end of the pyrolysis experiments were determined.Epoxy composite material was prepared with the char additive, obtained from the pyrolysis of HDPE and LDPE type plastics. Effects of the type of plastics, pyrolysis temperature and the pre-washing on both the char quality and the char-added epoxy composite material quality were investigated. Moreover, the effects of char-additive dosage on composite quality were investigated as well. As a result of pyrolysis, HDPE type plastic wastes had the pyrolysis efficiency higher than other plastic types; it was 97.7% for pre-washed and 98.4% for unwashed samples. At the highest studied pyrolysis temperature, 700°C, both pre-washed and unwashed HDPE-derived char structures have the highest aromaticity. For all char types, as the pyrolysis temperature increased thermal stability of the char and char quantity increased. Heat values of PET and PP pyrolysis liquids were lower, as their C10-C40 HC's were higher than other liquid products. Pyrolysis gas products of all types of plastics contain 1 pentene, pentane, 2-methyl - 1-penten, hexane, benzene, 1-hepten, toluene, octane, ethyl benzene, 2.4 dimetil-1hepten and styrene compounds.Pyrolysis gas products of especially PET, PP and PS type plastics are very rich in methyl and dimethyl groups content.
Degradation temperatures and so thermal stabilities of the HDPE and LDPE char-added composites increased with increasing char additive dosage in the composite mixture. When unwashed HDPE chars obtained at 300°C and 400°C were added 10% to the composite, it increased the breaking elongation of the composite as compared to reference composite. Furthermore, the breaking elongations of LDPE char added composites were higher. As pyrolysis temperatures and char additive dosages increased, breaking elongations of the composites, and HDPE char-added composites hardnesses increased. 
This thesis proposed a new evaluation method for the secondary solid waste, namely char, derived from pyrolysis of plastic wastes. At the same time, pyrolysis liquid and gaseous products were characterized, a new database was obtained and potential recovery products were investigated.