Polistiren atıkların ısıl-katalitik pirolizi
Thermal-catalytic pyrolysis of polystyrene wastes
Yazar: ÇİĞDEM ÇELİKGÖĞÜS
Danışman: DOÇ. DR. ALİ KARADUMAN
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: Piroliz = Pyrolysis ; Plastik atıklar = Plastic wastes ; Polistiren = Polystyrene

Özet:
Günümüzde, yüksek kalitede bir yaşam sürdürme ihtiyacı, tüketimin artmasına bunun getirisi olarak da atık miktarının ve çevre kirliliğinin artmasına neden olmaktadır. Bu atıklar içinde günlük yaşama önemli katkılar sağlayan plastikler, paketleme, inşaat, otomotiv, elektrik elektronik gibi pek çok sektörün vazgeçilmez parçası olarak kullanılmaktadır. Plastikler kullanım sonrasında önemli oranda atık oluşturmakta ve çok az bir miktarı geri kazanımla değerlendirilebilmektedir. Gerek ekonomik açıdan ve gerekse artan çevresel baskı açısından atık plastiklerin geri kazandırılması önem arz etmektedir.Bu çalışmada, paketlemede kullanılan polistiren (PS) plastik atık köpüklerin yarı kesikli işletilen bir reaktörde ısıl-katalitik pirolizi araştırılmıştır. Deneylerde kullanılan reaktör PS plastik atık köpüklerin pirolizi için özel tasarlanmış ısıl ve katalitik bölmeleri olan bir reaktördür. Reaktörde atıklar önce ısıl olarak parçalanmakta daha sonra parçalanma ürünleri reaktörün katalitik bölmesinde katalitik olarak piroliz olmaya devam etmektedir. Çalışmada, piroliz ürün verimine ve dağılımına, süre, sıcaklık, katalizör türü ve katalizör/PS oranı parametrelerinin etkisi incelenmiştir. 400-500 oC sıcaklık aralığında gerçekleştirilen deneylerde katalizör olarak Ni, Cu, Ce, Co ve La metallerinin eklenmesiyle hazırlanan g-Al2O3 destekli katalizörler kullanılmıştır. Piroliz sıvı ürünlerinin GC/MS analizleri ve tanımlaması yapılmıştır.Isıl deneylerden elde edilen sonuçlara göre, sıcaklık artışı ile % katı kalıntı oranı düşmüş, sıvı ve gaz ürün verimleri artmıştır. En yüksek sıvı ürün verimi % 88.67, sıvı ürün içerisindeki stiren miktarı % 63.55 ve toplam dönüşüm % 94.86 olarak 500 °C sıcaklıkta, 60 dk piroliz süresinde, 30 ml/dk N2 akış hızında ve atmosferik basınçta elde edilmiştir.Isıl katalitik pirolizde ise kullanılan katalizörler içerisinde en yüksek sıvı ürün verimi, % 10 Cu/g-Al2O3 katalizörü ile elde edilmiştir. % 10 Cu/g-Al2O3 katalizörü kullanılarak yapılan çalışmalarda katalizör oranının arttırılması ile sıvı ürün verimi ve toplam dönüşüm azalmış buna karşın gaz ürün verimi yükselmiştir. En yüksek sıvı ürün verimi % 90.39, sıvı ürün içerisindeki stiren miktarı % 63.59 ve toplam dönüşüm % 95.04 olarak 500 °C sıcaklıkta, 60 dk piroliz süresinde, 30 ml/dk N2 akış hızında, atmosferik basınçta ve 1/15 katalizör/PS oranında elde edilmiştir.

Abstract:
Nowadays, necessity of high quality life, causes increase of consumption , as a result of this causes, increase of waste amount and environmental pollution. Plastics which are contributing to daily life are used as a part of most sector as packaging, construction, automotive, electric, electronic. Plastics create waste at enormous amount after use and plastics? small amount can be recycled. It is important that waste plastics are recycled both in economical side and environmental restrain side.In this study, thermal-catalytic pyrolysis of polystyrene plastic foam wastes which is used in packaging, was investigated in semi-batch reactor. Reactor used in experiments was specially designed for pyrolysis of PS foam wastes. The reactor has thermal and catalytic parts. In the reactor, wastes first are cracked as thermal, then cracked products are continued to pyrolyse as catalytic in catalytic part of reactor. In this study, the effect of parameters as time, temperature, catalyst type and catalyst/PS ratio on pyrolysis product yield and distribution. g-Al2O3 supported catalyst which was prepared by adding Ni, Cu, Ce, Co and La metals as catalyst was used in experiments performed between 400-500 °C temperature. Pyrolysis liquid products was analyzed by using GC/MS and defined.According to the results of thermal experiments, it was determined that solid residue ratio decreased and yield of liquid and gaseous products increased with the temperature. The maximum liquid product yield as 88.67 %, styrene amount in liquid product as 63.55 %, total conversion as 94.86 % was obtained at 500°C temperature, 60 min. pyrolysis time, 30 ml/min N2 flow rate and atmospheric pressure.The maximum yield of liquid product within the catalysts used in thermal-catalytic pyrolysis was obtained by % 10 Cu/g-Al2O3 catalyst. At the experiments that % 10 Cu/g-Al2O3 catalyst was used, the yield of liquid product and total conversion increased while the yield of gas product decreased. The maximum liquid product yield as 90.39 %, styrene amount in liquid product as 63.59 %, total conversion as 95.04 % was obtained at 500°C temperature, 60 min. pyrolysis time, 30 ml/min N2 flow rate, atmospheric pressure and 1/15 catalyst/PS ratio.