В этом исследовании полистирольные отходы (ПС) были получены на местном рынке и пиролизованы со скоростью нагрева 5, 10, 15 и 20 C/мин и температурным диапазоном 40-600 C в присутствии азота. Энергия активации (Ea) и предэкспоненциальный фактор (A) были определены с помощью 6 различных кинетических методов. Энергия активации и предэкспоненциальный фактор были обнаружены в диапазоне 82.3 - 202.8 кДжмоль1 и 3.5 106-7.6 1014 мин1 соответственно. Результаты показали, что расчетные значения Ea и A варьируются в зависимости от доли пересчета, скорости нагрева.
Кроме того, пиролиз вторичного полистирола проводился в печи при температуре от 340 до 420 C. Состав жидких и газообразных фракций определялся с помощью газовой хроматографии-масс-спектрометрии. Температура и время реакции были оптимизированы, и результаты показали, что оптимальными условиями для максимального производства реакции являются температура 410 C и время выдержки 70 мин. В качестве основных продуктов в газовой фазе были найдены метан и этан, составляющие около 82% газовой фракции. Жидкие продукты, состоящие из широкого спектра углеводородов C2 - C15 в зависимости от пиролитических параметров.
Большая часть бытовых и промышленных пластмассовых отходов состоит из полистирола. Он широко используется в одноразовых пищевых продуктах, защитной упаковке для продуктов питания и ряде других материалов для ежедневного использования.
При хранении в обычных условиях она представляет серьезную угрозу для окружающей среды, здоровья и безопасности населения в силу своего не биодеградируемого характера. В связи с этим во всем мире задействованы различные исследовательские группы для поиска возможных решений по безопасному утилизации этих отходов. В связи с этим существует целый ряд методов переработки отходов полистирола. Наиболее распространенными являются физическая переработка путем смешивания, а также химическая переработка пластической модификацией. Другой наиболее распространенный используемый метод для этой цели - термическое сжигание. Утилизация отходов полистирола путем термического разложения играет важную роль в решении проблемы удаления отходов.
Термическое разложение полистирола обычно производится при повышенных температурах и при отсутствии или наличии подходящих катализаторов.
Деструкция полистирола при температуре выше критической приводит к образованию стирола или подобных ему продуктов методом конечного деления цепи, в то время как при низкой температуре олигомеры с низким молекулярным весом образуются методом случайного деления цепи. Пиролиз полистирола при отсутствии катализатора при температуре >500 С приводит к образованию стирола и стиролоподобных соединений наряду с образованием кокса, что повышает вязкость реакционной смеси и приводит к снижению коэффициента теплопередачи.
Для анализа полупроводниковых кинетических данных TGA был применен ряд методов, которые можно сгруппировать в методы без модификации и подгонки моделей. Модельный метод свободной изоконверсии требует для анализа ряд кинетических кривых и при одинаковой степени конверсии рассчитываются кинетические параметры на основе графиков, полученных при различных скоростях нагрева. В методах подгонки моделей используются различные модели для подгонки данных. Для кинетического исследования и расчета кинетических параметров выбрана модель, которая наиболее полно соответствует данным. Таким образом, методы подгонки модели в основном используются в твердотельных реакциях для расчета Ea и A на основе данных одного TGA. Хотя эти методы имеют многочисленные проблемы и их неспособность однозначно рассчитать модель реакции является одним из них. Кроме того, колебания массы образцов и объемного расхода инертного газа при различных скоростях нагрева могут привести к ошибкам. Уже в последние десятилетия пиролиз полистирола этими методами изучался многими исследователями.
Из обзора литературы можно сделать вывод, что нет отчета о сравнении кинетических параметров, полученных при пиролизе полистирольных отходов как безмодельным методом, так и методом подгонки модели. Кроме того, при сравнении результатов, полученных различными исследователями, использующими одни и те же или разные методы, были обнаружены значительные различия в кинетических параметрах одного и того же соединения и, таким образом, пиролитическая кинетика отходов полистирола требует более тщательного изучения. Это побудило изучить кинетику отходов полистирола, и данное исследование является первым в своем роде исследованием использования как минимум шести реакционных моделей для пиролиза реакции отходящего полистирола. Пиролиз проводился с использованием TGA и пиролиза местного производства, оснащенного термопарой для контроля температуры. Газ и жидкие продукты пиролиза собирались и анализировались с помощью ГХ/МС.
Кривые теплового анализа, полученные с помощью TGA, были задокументированы при различных скоростях нагрева. Для расчета коэффициентов Ea и A использовались шесть различных методов.
Выводы
В данном исследовании термического разложения полистирола этот метод был установлен в качестве возможного выхода из ситуации с его отходами. Прежде чем превратить отходы в топливо, необходимо получить полное представление о кинетике и механизмах реакции пиролиза. Для этого образец пиролизовали в инертной атмосфере со скоростью нагрева 5, 10, 15 и 20 С/мин в температурном диапазоне 40-600 С с помощью их гравиметрии. Энергия активации и редэкспоненциальный фактор были обнаружены в диапазоне 82.3-202.8 кДжмол1 и 3.5 106-7.6 1014 мин1 соответственно методами Редферна, Киссинджера-Акахира-Суноза, Одзавы Флинн Уолл, Ожиса и Беннета, Фридмана и Киссинджера. С использованием изотермического метода было отмечено, что модель реакции первого порядка лучше всего подходит для данных. Результаты хорошо согласуются с заявленными значениями, и данное исследование является первым в своем роде исследованием использования по меньшей мере шести реакционных моделей для пиролиза реакции вторичного полистирола.
Надеюсь вам понравилась данная статья.
