Получение полимерного воска из вторичного полиэтилена в проточном реакторе

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Работа посвящена проблеме утилизации отходов полиэтилена высокого давления и их переработке в синтетические воски методом пиролиза. Показано, что в ходе медленного пиролиза в реакторе проточного типа при 550°С, давлении 1.0 МПа при непрерывном удалении избыточных газообразных продуктов возможно получение воскообразных олигомеров. Методами термического анализа определены температуры плавления и размягчения по Вика, фиксируемого начала потери массы в условиях термогравиметрического анализа, установлены температуры каплепадения и определено содержание масла в синтезированных воскообразных продуктах. Методами протонного ядерного магнитного резонанса и хроматомасс-спектрометрии установлен состав продуктов пиролиза и показано, что образуется материал, сходный по составу с промышленными восками. Рассмотрена возможность модификации битума полученным воскообразным продуктом.

Об авторах

Марина Павловна Красновских

Пермский государственный национальный исследовательский университет (ПГНИУ)

Автор, ответственный за переписку.
Email: krasnovskih@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-5187-5590

к.т.н., доцент

Россия, Пермь

Иван Геннадьевич Мокрушин

Пермский государственный национальный исследовательский университет (ПГНИУ); Российский научный центр «Прикладная химия (ГИПХ)»

Email: krasnovskih@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-4095-8366

к.х.н., доцент

Россия, Пермь; Санкт-Петербург

Александр Анатольевич Кетов

Пермский национальный исследовательский политехнический университет (ПНИПУ)

Email: krasnovskih@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-5472-2194

д.т.н., проф.

Россия, Пермь

Список литературы

  1. Norouzi O., Haddadi S. A., Salaudeen S., Soltanian S., Bartocci P., Arjmand M. Dutta A. Catalytic upgrading of polyethylene plastic waste using GMOF catalyst: Morphology, pyrolysis, and product analysis // Fuel. 2024. V. 369. ID 31742. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2024.131742
  2. Radhakrishnan K., Kumar P. S., Rangasamy G., Perumal L. P., Sanaulla S., Nilavendhan S., Manivasagan V., Saranya K. A critical review on pyrolysis method as sustainable conversion of waste plastics into fuels // Fuel. 2023. V. 337. ID 126890. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2022.126890
  3. Ganesan A., Preetha H., Subathara S., Bhowmik S. Comparative analysis of carbon emission from products of virgin plastics and recycled plastics and their environmental benefits // Int. J. Environ. Sci. Technol. 2023. V. 20. N 6. P. 6713–6722. https://doi.org/10.1007/s13762-022-04337-y
  4. Loultcheva M. K., Proietto M., Jilov N., La Mantia F. P. Recycling of high density polyethylene containers // Polym. Degrad. Stab. 1997. V. 57. N 1. P. 77–81. https://doi.org/10.1016/s0141-3910(96)00230-3
  5. Papari S., Bamdad H., Berruti F. Pyrolytic conversion of plastic waste to value-added products and fuels: A review // Materials. 2021. V. 14. N 10. ID 2586. https://doi.org/10.3390/ma14102586
  6. Dirand M., Bouroukba M., Chevallier V., Petitjean D., Behar E., Ruffier-Meray V. Normal alkanes, multialkane synthetic model mixtures, and real petroleum waxes: Сrystallographic structures, thermodynamic properties, and crystallization // J. Chem. Eng. Data. 2002. V. 47. N 2. P. 115–143. https://doi.org/10.1021/je0100084
  7. Wang Y., Mao H., Lv Y., Chen G., Jiang Y. Comparative analysis of total wax content, chemical composition and crystal morphology of cuticular wax in Korla pear under different relative humidity of storage // Food Chem. 2021. V. 339. ID 128097. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2020.128097
  8. Doan C. D., To C. M., De Vrieze M., Lynen F., Danthine S., Brown A., Dewettinck K., Patel A. R. Chemical profiling of the major components in natural waxes to elucidate their role in liquid oil structuring // Food Chem. 2017. V. 214. P. 717–725. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2016.07.123
  9. Mülhaupt R. Catalytic polymerization and post polymerization catalysis fifty years after the discovery of Zieglerʹs catalysts // Macromol. Chem. Phys. 2003. V. 204. N 2. P. 289–327. https://doi.org/10.1016/10.1002/macp.200290085
  10. Bayat M. H., Abdouss M., Javanbakht M. Quantification of polyethylene wax in semibatch laboratory reactor and a study of different parameters on wax production as a by-product in the slurry ethylene polymerization // J. Appl. Polym. Sci. 2013. V. 127. N 2. P. 1027–1031. https://doi.org/10.1002/app.37916
  11. Mishra N., Patra N., Pandey S., Salerno M., Sharon M., Sharon M. Taguchi method optimization of wax production from pyrolysis of waste polypropylene: A green nanotechnology approach // J. Therm. Anal. Calorim. 2014. V. 117. P. 885–892. https://doi.org/10.1007/s10973-014-3793-4
  12. Kumar S., Panda A. K., Singh R. K. A review on tertiary recycling of high-density polyethylene to fuel // Resources, Conservation and Recycling. 2011. V. 55. N 11. P. 893–910. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2011.05.005
  13. Lange J. P. Managing plastic waste — sorting, recycling, disposal, and product redesign // ACS Sustain. Chem. Eng. 2021. V. 9. N 47. P. 15722–15738. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.1c05013
  14. Shanker R., Khan D., Hossain R., Islam M. T., Locock K., Ghose A., Sahajwalla V., Schand H., Dhodapkar R. Plastic waste recycling: Existing Indian scenario and future opportunities // Int. J. Environ. Sci. Technol. 2022. P. 1–18. https://doi.org/10.1007/s13762-022-04079-x
  15. Patil L., Varma A. K., Singh G., Mondal P. Thermocatalytic degradation of high density polyethylene into liquid product // J. Polym. Environ. 2018. V. 26. P. 1920–1929. https://doi.org/10.1007/s10924-017-1088-0
  16. DeNeve D., Joshi C., Samdani A., Higgins J., Seay J. Optimization of an appropriate technology based process for converting waste plastic in to liquid fuel via thermal decomposition // JSD. 2017. V. 10. N 2. P. 116–124. https://doi.org/10.5539/jsd.v10n2p116
  17. Jixing L. I. Study on the conversion technology of waste polyethylene plastic to polyethylene wax // Energy Sources. 2003. V. 25. N 1. P. 77–82. https://doi.org/10.1080/00908310290142136
  18. Li R., Shao N., Yue J., Liang B. Research on the influence of different warm-mix modifiers on pavement performance of bitumen and its mixture // Appl. Sci. 2023. V. 13. N 2. ID 955. https://doi.org/10.3390/app13020955
  19. Nizamuddin S., Boom Y. J., Giustozzi F. Sustainable polymers from recycled waste plastics and their virgin counterparts as bitumen modifiers: A comprehensive review // Polymers. 2021. V. 13. N 19. ID 3242. https://doi.org/10.3390/polym13193242
  20. Yi-qiu T., Lei Z., Wei-qiang G., Meng G. Investigation of the effects of wax additive on the properties of asphalt binder // Constr. Build. Mater. 2012. V. 36. P. 578–584. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2012.06.024
  21. Yero A. S., Hainin M. R. Influence of organic wax on bitumen characteristics // Am. J. Eng. Appl. Sci. 2011. V. 4. N 2. P. 265–269. https://doi.org/10.3844/ajeassp.2011.265.269
  22. Rubio M. C., Martínez G., Baena L., Moreno F. Warm mix asphalt: An overview // J. Cleaner Prod. 2012. V. 24. P. 76–84. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2011.11.053
  23. Caputo P., Abe A. A., Loise V., Porto M., Calandra P., Angelico R., Oliviero Rossi C. The role of additives in warm mix asphalt technology: An insight into their mechanisms of improving an emerging technology // Nanomaterials. 2020. V. 10. N 6. ID 1202. https://doi.org/10.3390/nano10061202
  24. Ferrotti G., Ragni D., Lu X., Canestrari F. Effect of warm mix asphalt chemical additives on the mechanical performance of asphalt binders // Mater. Struct. 2017. V. 50. P. 1–13. https://doi.org/10.1617/s11527-017-1096-5
  25. Ketov A., Korotaev V., Sliusar N., Bosnic V., Krasnovskikh M., Gorbunov A. Baseline data of low-density polyethylene continuous pyrolysis for liquid fuel manufacture // Recycling. 2022. V. 7. N 1. ID 2. https://doi.org/10.3390/recycling7010002
  26. Saito T., Nakaie S., Kinoshita M., Ihara T., Kinugasa S., Nomura A., Maeda T. Practical guide for accurate quantitative solution state NMR analysis // Metrologia. 2004. V. 41. N 3. ID 213. https://doi.org/10.1088/0026-1394/41/3/015
  27. Kulikova Y., Krasnovskikh M., Sliusar N., Orlov N., Babich O. Analysis and comparison of bio-oils obtained by hydrothermal liquefaction of organic waste // Sustainability. 2023. V. 15. N 2. ID 980. https://doi.org/10.3390/su15020980
  28. Ciesińska W., Liszyńska B., Zieliński J. Selected thermal properties of polyethylene waxes // J. Therm. Anal. Calorim. 2016. V. 125. P. 1439–1443. https://doi.org/10.1007/s10973-016-5706-1
  29. Umaru H. I., Yakubu M. K., Kolawole E. G., Baba M. Effect of pyrolysis temperature and time on wax production from waste polyethene // AJAS. 2014. V. 2. N 5. P. 644–649.
  30. Cheng L., Gu J., Wang Y., Zhang J., Yuan H., Chen Y. Polyethylene high-pressure pyrolysis: Better product distribution and process mechanism analysis // Chem. Eng. J. 2020. N. 385. ID 123866. https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.123866
  31. Zhao D., Wang X., Mille J. B., Hube G. W. The chemistry and kinetics of polyethylene pyrolysis: A process to produce fuels and chemicals // ChemSusChem. 2020. N 13 (7). P. 1764–1774. https://doi.org/10.1002/cssc.201903434
  32. Arabiourrutia M., Elordi G., Lopez G., Borsella E., Bilbao J., Olazar M. Characterization of the waxes obtained by the pyrolysis of polyolefin plastics in a conical spouted bed reactor // J. Anal. Appl. Pyrol. 2012. V. 94. P. 230–237. https://doi.org/10.1016/j.jaap.2011.12.012
  33. Lal S., Anisia K. S., Kumar A. Depolymerization of HDPE to wax in the presence of a catalyst formed by homonuclear macrocyclic zirconium complex chemically bonded to alumina support // Appl. Catal. A. 2006. V. 303. N 1. P. 9–17. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2006.01.016
  34. Al-Salem S. M., Dutta A. Wax recovery from the pyrolysis of virgin and waste plastics // Ind. Eng. Chem. Res. 2021. V. 60. N 22. P. 8301–8309. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.1c01176
  35. Gaidhani A., Mahanwar P. Conversion of waste polyolefins to polyethylene wax via pyrolysis // Energy Sources Part A. 2023. V. 45. N 1. P. 2112–2121. https://doi.org/10.1080/15567036.2023.2182848
  36. Salaudeen S. A., Al-Salem S. M., Sharma S., Dutta A. Pyrolysis of high-density polyethylene in a fluidized bed reactor: Pyro-wax and gas analysis // Ind. Eng. Chem. Res. 2021. V. 60. N 50. P. 18283–18292.
  37. Soliman F. S. (Ed.). Introductory chapter: Petroleum paraffins [Internet]. Paraffin — an overview. IntechOpen. 2020. P. 1–8. https://doi.org/10.5772/intechopen.87090
  38. Rodríguez-Valverde M. A., Tejera-García R., Cabrerizo-Vílchez M. A., Hidalgo-Álvarez R., Nolla-Anguera J., Esquena-Moret J., Covián-Sánchez I. Influence of oil content in paraffins on the behavior of wax emulsions: Wetting and rheology // J. Dispersion Sci. Technol. 2006. V. 27. N 2. P. 155–163. https://doi.org/10.1080/01932690500265672
  39. Kumbar P. R., Patil V. S., Kumbar S. R., Kumbar R. B., Bhange P. Production and characterization of wax and grease from waste plastic // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. IOP Publ. 2021. V. 1126. N 1. ID 012037. https://doi.org/10.1088/1757-899X/1126/1/012037
  40. Агаев С. Г., Байда А. А., Тюльков М. А., Гультяев С. В., Майорова О. О., Мозырев А. Г. Фракционирование пищевого парафина П-2 // ЖПХ. 2022. Т. 95. № 5. С. 636–645. https://www.elibrary.ru/frdoic
  41. [Agaev S. G., Bajda A. A., Tyulʹkov M. A., Gulʹtyaev S. V., Majorova O. O., Mozyrev A.G. Fractionation of P-2 food-grade wax // Russ. J. Appl. Chem. 2022. V. 95. N 5. P. 698–706. https://doi.org/10.1134/s107042722205010x].
  42. Herozi M. R., Valenzuela W., Rezagholilou A., Rigabadi A., Nikraz H. New models for the properties of warm mix asphalt with sasobit // CivilEng. 2022. V. 3. N 2. P. 347–364. https://doi.org/10.3390/civileng3020021

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025