ТЕРМОКАТАЛИТИЧЕСКАЯ ДЕСТРУКЦИЯ ПОЛИПРОПИЛЕНА В ПРИСУТСТВИИ АЛЮМОСИЛИКАТОВ

  • Lyubov V. Furda Белгородский государственный национальный исследовательский университет
  • Dmitry E. Smalchenko Белгородский государственный национальный исследовательский университет
  • Evgeny N. Titov Белгородский государственный национальный исследовательский университет
  • Olga E. Lebedeva Белгородский государственный национальный исследовательский университет
DOI: https://doi.org/10.6060/ivkkt.20206306.6202
Ключевые слова: термокаталитическая деструкция, полиолефины, полипропилен, алюмосиликаты, кислотные центры

Аннотация

Изучен процесс термокаталитического превращения полипропилена в жидкие углеводороды с использованием в качестве катализаторов аморфных алюмосиликатов с содержанием алюминия 1,6-12,9% масс. Алюмосиликаты синтезировали золь-гель методом путем гидролиза тетраэтоксисилана в присутствии соли алюминия при pH=9. Все образцы алюмосиликатов обладали кислотными центрами со значением рКа 3,46 - 5,00, имели развитую поверхность. Определены текстурные свойства алюмосиликатов. Термокаталитическое превращение полипропилена проводили в установке с использованием реактора проточного типа с неподвижным слоем смеси катализатора и реагента при массовом соотношении полимер : катализатор 3 : 1 в атмосфере аргона при постепенном подъеме температуры в интервале 300 – 450 ºС. Установлено, что образец силикагеля, не содержащий в своем составе алюминия, неактивен в деструкции полипропилена, остальные катализаторы способствуют конверсии полипропилена в жидкие углеводороды. Наибольший выход жидких продуктов составил 80% для катализатора с содержанием алюминия 8,1% масс. Методом газо-жидкостной хроматографии в катализате для всех изученных образцов были идентифицированы насыщенные углеводороды. Показано влияние концентрации кислотных центров на химический и фракционный состав целевых продуктов. Для исследуемых алюмосиликатов с одинаковыми значениями рКа увеличение концентрации алюминия способствует образованию более легкой углеводородной фракции. Для катализатора с наибольшим содержанием алюминия идентифицированы н-алканы состава С5-С10; данный катализат наиболее близок по составу к бензиновой нефтяной фракции. Это позволяет рассматривать вторичные полиолефины как альтернативный источник моторных топлив. Методом дифференциально-термического анализа установлено влияние состава катализатора на максимальную температуру деструкции полипропилена.

Литература

Al-Salem S., Antelava M.A., Constantinou A., Manos G., Dutta A.A. Review on thermal and catalytic pyrolysis of plastic solid waste (PSW). J. Environ. Manag. 2017. V. 197. P. 177-198. DOI: 10.1016/j.jenvman.2017.03.084.

Almeida D., Marques M.F. Thermal and catalytic pyrolysis of plastic waste. Polimeros. 2016. V. 26. N 1. P. 44-51. DOI: 10.1590/0104-1428.2100.

Lin Y.-H., Yen H.-Y. Tertiary recycling of polyethylene waste by fluidisedbed reactions in the presence of various cracking catalysts. J. Anal. Appl. Pyrolysis. 2008. V. 83. N 1. P. 101-109. DOI: 10.1016/j.jaap.2008.06.004.

Ribeiro A.M., Machado Júnior H.F., Costa D.A. Kaolin and commercial FCC catalysts in the сracking of loads of polypropylene under refinary conditions. Braz. J. Chem. Eng. 2013. V. 30. N 4. Р. 825-834. DOI: 10.1590/S0104-66322013000400014.

Onu P., Vasile C., Ciocılteu S., Iojoiu E., Darie H. Ther-mal and catalytic decomposition of polyethylene and polypropylene. J. Anal. Appl. Pyrolysis. 1999. V. 49. N 1-2.

P. 145-153. DOI: 10.1016/S0165-2370(98)00109-0.

Lin Y.-H, Yen H.-Y. Fluidised bed pyrolysis of polypropylene over cracking catalysts for producing hydrocarbons. Polym. degrad. stabil. 2005. V. 89. N 1. P. 101-108. DOI: 10.1016/j.polymdegradstab.2005.01.006.

Aguado J., Sotelo J.L., Serrano D.P., Calles J., Escola J.M. Catalytic conversion of polyolefins into liquid fuels over MCM-41: Comparison with ZSM-5 and amorphous SiO2-Al2O3. Energy Fuels. 1997. V. 11. N 6. P. 1225-1231. DOI: 10.1021/ef970055v.

Valanciene E., Miknius L., Pedisius N. The influence of zeolite catalyst on kinetics and thermodynamics of polypropylene waste thermal degradation. J. Therm. Anal. Calorim. 2016. V. 124. N 1. P. 341-354. DOI: 10.1007/s10973-015-5150-7.

Jiraroj D., Chaipurimat A., Kerdsa N., Hannongbua S., Tungasmita D.N. Catalytic cracking of polypropylene using aluminosilicate catalysts. J. Anal. Appl. Pyrolysis. 2016.

V. 120. P. 529-539. DOI: 10.1016/j.jaap.2016.07.008.

Obali Z., Sezgi N.A., Dogu T. Performance of acidic MCM-like aluminosilicate catalysts in pyrolysis of polypropylene. Chem. Eng. Comm. 2008. V. 196. N 1-2. P. 116–130. DOI: 10.1080/00986440802301537.

Kassargya С., Awada S., Gaëtan B., Kahineb K., Tazerouta М. Gasoline and diesel-like fuel production by continuous catalytic pyrolysis of waste polyethylene and polypropylene mixtures over USY zeolite. Fuel. 2018. V. 224. Р. 764-773. DOI: 10.1016/j.fuel.3.113.

Ratnasari D.K., Nahil M.A., Williams P.T. Catalytic pyrolysis of waste plastics using staged catalysis for production of gasoline range hydrocarbon oils. J. Anal. Appl. Pyrolysis. 2017. V. 124. Р. 631-637. DOI: 10.1016/j.jaap.2016.12.027.

Li K., Lee S. W., Yuan G., Lei J., Lin S., Weerachanchai P., Yang Y., Wang J.-Y. Investigation into the catalytic activity of microporous and mesoporous catalysts in the pyrolysis of waste polyethylene and polypropylene mixture. Energies. 2016. V. 9. N 6. P. 431. DOI: 10.3390/en9060431.

Syamsiro M., Saptoadi H., Norsujianto T., Noviasri P., Cheng S., Alimuddin Z., Yoshikawa K. Fuel oil production from municipal plastic wastes in sequential pyrolysis and catalytic reforming reactors. Energy procedia. 2014. V. 47. P. 180-188. DOI: 10.1016/j.egypro.2014.01.212.

Obali Z., Sezgi N., Dogu T. Catalytic degradation of polypropylene over alumina loaded mesoporous catalysts. Chem. Eng. J. 2012. V. 207-208. Р. 421-425. DOI: 10.1016/j.cej.2012.06.146.

Kulentsan A.L., Marchuk N.A. Analysis of the main types of chemical products. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2019. V. 62. N 11. P. 156-160. DOI: 10.6060/ivkkt.20196211.6106 (in Russian).

Furda L.V., Ryl'tsova I.G., Lebedeva O.E. Catalytic degradation of polyethylene in the presence of synthetic aluminosilicates. Russ. J. Appl. Chem. 2008. V. 81. N 9. P. 1630-1633. DOI: https://doi.org/10.1134/S107042720.

Aguado J., Serrano D.P., San Miguel G., Escola J.M., Rodríguez J.M. Catalytic activity of zeolitic and mesostructured catalysts in the cracking of pure and waste polyolefins. J. Anal. Appl. Pyrolysis. 2007. V. 78. N 1. P. 153-161. DOI: 10.1016/j.jaap.2006.06.004.

Santos B.P.S., Almeida D.D., Marques M.F.V., Henriques C.A. Degradation of рolypropylene and polyethylene wastes over HZSM-5 and USY zeolites. Catal. Lett. 2019.

V. 149. Р. 798-812. DOI: 10.1007/s10562-019-02677-y.

Bryk M.G. Destruction of filled polymers. M.: Khimiya. 1989. 191 р. (in Russian).

Vasile C., Onu P., Barboiu V., Sabliovschi M., Moroi G. Catalytic decomposition of polyolefins. II. Considerations about the composition and the structure of reaction prod-ucts and the reaction mechanism on silica‐alumina crack-ing catalyst. Acta Polymerica. 1985. V. 36. N 10. P. 543-549. DOI: 10.1002/actp.1985.010361006.

Опубликован
2020-05-13
Как цитировать
Furda, L. V., Smalchenko, D. E., Titov, E. N., & Lebedeva, O. E. (2020). ТЕРМОКАТАЛИТИЧЕСКАЯ ДЕСТРУКЦИЯ ПОЛИПРОПИЛЕНА В ПРИСУТСТВИИ АЛЮМОСИЛИКАТОВ. ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ. СЕРИЯ «ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ», 63(6), 85-89. https://doi.org/10.6060/ivkkt.20206306.6202
Выпуск
Том 63 № 6 (2020)
Раздел
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ неорг. и органических веществ, теоретические основы