Kompozit ambalaj atıklarının pirolizi ve gaz üründen karbon nanotüp eldesi
Pyrolysis of composite packaging wastes and obtaining carbon nanotube from gas product
Yazar: ECE YAPICI
Danışman: PROF. DR. AYSUN ÖZKAN
Eskişehir Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Çevre Bilimleri Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Karbon nanotüp = Carbon nanotube ; Kimyasal buhar çöktürme = Chemical vapor deposition ; Piroliz = Pyrolysis ; Polietilen = Polyethylene

Özet:
Tezde, kompozit ambalaj atıklarının hem çevresel hem de ekonomik açıdan değerlendirilmeleri gerekliliğinden yola çıkılmış ve bu malzemenin piroliziyle elde edilen gaz üründen katalitik kimyasal buhar çöktürme yöntemi (CCVD) ile karbon nanotüp
(CNT) eldesinin yanı sıra, sıvı üründen vaks ve katı üründen alüminyum geri kazanımı hedeflenmiştir. Birinci aşamada; C/LDPE ambalaj atıkları 5, 10 ve 20C/dk ısıtma hızları ile 400, 500 ve 600℃ sıcaklıklarda piroliz edilmiştir. En yüksek gaz ürün veriminin elde edildiği koşullarda, analitik örneklere sırasıyla ağırlıkça %5, 10 ve 15 zeolit eklenerek piroliz
tekrarlanmıştır. Isıtma hızı, sıcaklık ve katalizör miktarının, piroliz ürün dağılımı üzerindeki etkileri belirlenmiştir.
İkinci aşamada; katı ürünün alüminyum içeriği belirlenmiş, sıvı ürünlerin kimyasal ve fiziksel özellikleri belirlenerek, ticari vakslarla karşılaştırılmıştır. Gaz üründe ise gaz kromotografisi analizi gerçekleştirilerek, gazın bileşimi belirlenmiştir. Üçüncü aşamada; belirlenen optimum şartlardaki piroliz sırasında oluşan gaz üründen, demir ve nikel katalizörlüğünde 600-900℃ aralığında dört farklı sıcaklıkta, borusal reaktörde CCVD yöntemi ile CNT eldesi çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Katalizör türünün, sıcaklığın ve karbon kaynağı besleme hızının elde edilen CNT'lerin özellikleri üzerindeki etkileri incelenmiştir. Tezde üretilen CNT'ler ticari bir ürün ile karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak; C/LDPE atığının 20℃/dk ısıtma hızı ile 600℃'de pirolizi sonucu, katı üründen alüminyum ve sıvı üründen vaks geri kazanılmıştır. Gaz üründen Ni katalizörlüğünde 800°C'de 20-30 nm çapında ve mikrometre mertebesinde uzunluğa sahip, yüksek kaliteli ve ticari ürünlerle karşılaştırılabilir çok duvarlı karbon nanotüpler üretilmiştir.

Abstract:
In this thesis, based on the necessity of evaluating composite packaging wastes from both environmental and economic point of view, in addition to obtaining carbon nanotubes (CNT) from the pyrolysis gas product of this material by the catalytic chemical vapor deposition method (CCVD), it was also aimed to recover wax from the liquid product and aluminum from the solid product. In the first stage, C/LDPE packaging waste were pyrolyzed at heating rates of 5, 10, and 20℃/min and at temperatures of 400, 500, and 600℃. For the catalytic pyrolysis process, the same procedure was repeated by adding 5, 10, and 15 wt% zeolites to the analytical samples, respectively, under conditions where the highest gas product yield was obtained. The effects of heating rate, temperature and catalyst amount on pyrolysis product distribution were determined. In the second stage, the aluminum content of the solid product was determined, and the chemical and physical properties of liquid products were determined and compared with commercial waxes. The gas chromatography analysis was performed and the composition of the gas was determined. In the third stage, CNT production studies were carried out by CCVD method in a tubular reactor at four different temperatures between 600-900℃, with iron and nickel catalyst, from the gas product formed during the pyrolysis at the determined optimum conditions. The effects of catalyst type, temperature, and carbon source feeding rate on the properties of the obtained CNTs were investigated. CNTs produced in the thesis were compared with a commercial product. As a result; aluminum from solid product and wax from liquid product were recovered by pyrolysis of C/LDPE waste at 600°C with 20℃/min heating rate. High quality multi-walled carbon nanotubes of 20-30 nm diameter and micrometer length comparable to commercial products were produced from the gaseous product at 800°C
under Ni-catalysis.