Polietilen ve orta yoğunluklu sunta karışımının kopiroliz kinetiğinin ve termal davranışının termogravimetrik analiz yöntemiyle incelenmesi
Co-pyrolysis kinetics and thermal behaviour of polyethylene and medium density fiber board mixture using thermogravimetric analysis
Yazar: EBRU PIÇAKÇI ÇELİK
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ GÖZDE GÖZKE AÇIKALIN
Yalova Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Kopiroliz = Copyrolysis ; Polietilen = Polyethylene ; Sinerjik yönetim = Synergistic management ; Sunta = Chipwood ; Termogravimetri = Thermogravimetry

Özet:
Enerji üretmek için kullanılan teknolojiler arasında yer alan termokimyasal dönüşüm 
proseslerinden piroliz, birçok açıdan etkileyici bir yöntemdir. Kopiroliz ise, iki veya 
daha fazla maddenin birleşimiyle gerçekleştirilen piroliz prosesidir. Biyokütle 
atıklarının, bu proses kullanılarak, çevreye zarar verme potansiyeli olan plastiklerle 
birlikte değerlendirilmesi önemli bir avantaj sunmaktadır.
Bu çalışmada, endüstriyel proseslerden elde edilen ve büyük miktarda atığı olan iki 
önemli üründen, plastik olarak yüksek yoğunluklu polietilen (HDPE), ve biyokütle 
olarak orta yoğunluklu sunta (MDF) kullanılmıştır. Bu atıklar kullanılarak 
termogravimetrik analiz yöntemiyle, ısıl karakterizasyon, sinerjik etki varlığı ve 
aktivasyon enerjileri incelenmiştir. Çalışmalar, azot gazı varlığında, üç farklı ısıtma 
hızında (10, 20 ve 40 °C/ dk) ve beş farklı HDPE-MDF karışım oranında (%20-%80; 
%40-%60; %50-%50; %60-%40 ve %80-%20) gerçekleştirilmiştir. Isıl 
karakterizasyon sonucunda, MDF numunesinin 235-420 °C sıcaklık aralığında, 
HDPE numunesinin ise, 453-535 °C sıcaklık aralığında bozunduğu belirlenmiştir. 
Bunun yanı sıra, MDF örneğinin pirolizinin biri aktif olmak üzere üç piroliz 
basamağından, HDPE örneğinin pirolizinin ise, biri aktif olmak üzere iki piroliz 
basamağından oluştuğu görülmüştür. Farklı oranlardaki HDPE-MDF karışımlarının 
kopirolizi ise, ikisi aktif olmak üzere dört piroliz basamağından oluşmaktadır. HDPE 
ve MDF numunesinin kopirolizi sonucunda, sinerjik etki varlığı tespit edilmiştir. En 
yüksek sinerji, 20 °C/dk ve 40 °C/dk ısıtma hızında, 484-502 °C sıcaklık aralığında, 
%10 ile %80HDPE-%20MDF karışımında gözlenmiştir. Piroliz sonunda kalan kütle 
miktarları, karışımlardaki HDPE oranının artmasıyla azalmıştır ve en yüksek sinerjik 
etkinin görüldüğü karışım oranında, 40 °C/dk ısıtma hızında %95 düşüş göstermiştir. 
Model içermeyen integral yöntemlerden KAS, Starink ve FWO yöntemleri 
kullanılarak, aktivasyon enerjisi değerleri hesaplanmıştır. Farklı oranlardaki 
karışımların aktivasyon enerjileri ortalamalarının, KAS yöntemi için 133,2-241,2 
kJ/mol, Starink yöntemi için 133,5-241,5 kJ/mol, FWO yöntemi için 136,4-241,3 
kJ/mol aralığında olduğu belirlenmiştir. KAS, Starink ve FWO yöntemleriyle
hesaplanan ortalama aktivasyon enerjisi değerleri ise, MDF ve HDPE için sırasıyla, 
137,3 ve 243,9; 137,6 ve 244,2; 140,2 ve 243,9 kJ/mol olarak hesaplanmıştır. 

Anahtar Kelimeler: Kopiroliz kinetiği, Orta yoğunluklu sunta, Yüksek yoğunluklu polietilen, Sinerjik etki

Abstract:
Pyrolysis, one of the thermochemical conversion processes, which is among the 
technologies used to produce energy, is an impressive method in many respects. 
Copyrolysis, on the other hand, is a pyrolysis process carried out by combining two 
or more substances. Evaluation of biomass wastes together with plastics that have the 
potential to harm the environment using this process offers a significant advantage.
In this study, high-density polyethylene (HDPE) as plastic and medium-density 
fiberboard (MDF) as biomass, two important products obtained from industrial 
processes and containing large amounts of waste, were used. By using these wastes, 
thermal characterization, synergistic effect and activation energies were investigated 
by thermogravimetric analysis method. The studies were performed in the presence 
of nitrogen gas, at three different heating rates (10, 20 and 40 °C/min) and at five 
different HDPE-MDF mixture ratios (20%-80%; 40%-60%; 50%-50%; 60%-40% 
and 80%-20%). As a result of thermal characterization, it was determined that the 
MDF sample decomposed in the temperature range of 235-420 °C, and the HDPE 
sample decomposed in the temperature range of 453-535 °C. In addition, it was 
observed that the pyrolysis of the MDF sample consisted of three pyrolysis stages, 
one of which was active, and the pyrolysis of the HDPE sample consisted of two 
pyrolysis stages, one of which was active. The copyrolysis of HDPE-MDF mixtures 
in different ratios consists of four pyrolysis stages, two of which were active. As a 
result of the copyrolysis of HDPE and MDF samples, the presence of synergistic 
effect was detected. The highest synergy was determined as 10%, at heating rates of 
20 °C/min and 40 °C/min, in the temperature range of 484-502 °C, in 80%HDPE20%MDF mixture. The amount of mass remaining at the end of the pyrolysis 
decreased with the increase in the HDPE ratio in the mixtures and showed a 95% 
decrease at the heating rate of 40 °C/min, at the mixing ratio with the highest 
synergistic effect. Activation energy values were calculated by using KAS, Starink 
and FWO methods from model-free integral methods. The average activation 
energies of the mixtures at different ratios were determined between 133.2-241.2 
kJ/mol for the KAS method, 133.5-241.5 kJ/mol for the Starink method, and 136.4-
241.3 kJ/mol for the FWO method. The average activation energy values calculated 
by KAS, Starink and FWO methods were calculated respectively for MDF and 
HDPE, 137.3 and 243.9; 137.6 and 244.2; 140.2 and 243.9 kJ/mol.

Keywords: Copyrolysis kinetics, Medium density fiberboard, High density polyethylene, Synergistic effect