Каталитическая деструкция полиэтилена в присутствии природных и синтетических алюмосиликатов - Автореферат

Значительная часть отходов полиэтилена остается неутилизованной, тогда как эти отходы могли бы стать ценным вторичным сырьем для химической промышленности. Использование катализаторов в процессе термической деструкции полимерных отходов позволяет существенно расширить ассортимент продуктов конверсии и целенаправленно регулировать их состав в направлении получения не только олефинов, но и, например, алканов, аренов, диенов и т.д. Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи: оценка каталитической активности представительного ряда синтетических и природных алюмосиликатов; выявление факторов, влияющих на степень превращения полиэтилена и выход жидких продуктов; определение состава продуктов; выбор оптимального катализатора деструкции полиэтилена; оптимизация условий деструкции для достижения максимального выхода жидких продуктов. На основании систематического исследования деструкции полиэтилена в присутствии широкого набора природных и синтетических алюмосиликатов показано, что состав продуктов зависит от природы алюмосиликатного катализатора: при использовании модифицированной глины в продуктах преобладают алкены, в случае катализа мезопористыми силикатами МСМ - алканы, для аморфных алюмосиликатов характерно сопоставимое содержание алкенов, аренов и алканов. Продемонстрирована принципиальная возможность деструкции полиэтилена в присутствии недорогих катализаторов, получаемых на основе распространенного природного сырья; это позволяет рассматривать отходы полиэтилена как ценное вторичное сырье для получения широкого ассортимента продукции, обычно производимой из нефти.Для некоторых образцов проведен рентгеновский энергодисперсионный анализ с помощью приставки к указанному микроскопу. алюмосиликат катализатор деструкция полиэтилен На природу и выход продуктов деструкции в наибольшей степени влияют такие условия проведения эксперимента как температура и соотношение полиэтилен:катализатор. Массовое отношение полиэтилен:катализатор варьировали в широких пределах. Сравнение осуществляли для самых активных катализаторов из каждой группы при оптимальном для каждого образца соотношении полиэтилен:катализатор. По положению эндотермического минимума отчетливо видно, что все три катализатора снижают температуру деструкции полиэтилена, однако для модифицированной глины это снижение намного менее существенно, чем для двух других катализаторов.Предложена методика каталитической конверсии и определены оптимальные условия процесса каталитической деструкции полиэтилена высокого давления в присутствии алюмосиликатов для получения максимального выхода жидких углеводородов: температура, соотношение полиэтилен: катализатор. Показано, что при использовании в качестве катализатора модифицированной глины в продуктах преобладают алкены, в случае катализа мезопористыми силикатами МСМ - алканы, для аморфных алюмосиликатов характерно сопоставимое содержание всех типов углеводородов. Высказано предположение, что деструкция на алюмосиликатных катализаторах при 400ОС протекает параллельно по двум направлениям - как термическая деструкция по классическому радикальному механизму и каталитическая деструкция по ионному механизму; вклад каждого механизма зависит от свойств катализатора.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Предложена методика каталитической конверсии и определены оптимальные условия процесса каталитической деструкции полиэтилена высокого давления в присутствии алюмосиликатов для получения максимального выхода жидких углеводородов: температура, соотношение полиэтилен: катализатор.

Установлен состав жидких продуктов деструкции полиэтилена, образующихся в присутствии алюмосиликатных катализаторов различной природы. Показано, что при использовании в качестве катализатора модифицированной глины в продуктах преобладают алкены, в случае катализа мезопористыми силикатами МСМ - алканы, для аморфных алюмосиликатов характерно сопоставимое содержание всех типов углеводородов. Наряду с жидкими продуктами, в процессе деструкции полиэтилена на поверхности всех алюмосиликатных катализаторов образуется слой рентгеноаморфных продуктов уплотнения.

Высказано предположение, что деструкция на алюмосиликатных катализаторах при 400ОС протекает параллельно по двум направлениям - как термическая деструкция по классическому радикальному механизму и каталитическая деструкция по ионному механизму; вклад каждого механизма зависит от свойств катализатора. Вклад радикального механизма наиболее значителен в случае использования катализаторов на основе глин, о чем свидетельствует преобладание олефинов в продуктах.

На основе исследования свойств представительного набора природных и синтетических алюмосиликатов сформулировано основное требование к катализатору деструкции полиэтилена в жидкие продукты: деструкция протекает, как правило, при наличии на поверхности катализатора слабых кислотных центров со значением РКА порядка 6,4. Наличие более сильных кислотных центров ведет к увеличению вклада побочных процессов. Показано, что максимальный выход легкокипящих углеводородов достигается с использованием в качестве катализатора аморфного алюмосиликата с относительно небольшим содержанием алюминия.

Установлена роль пористой структуры в формировании активности катализатора, доказано обязательное наличие слабых кислотных центров не только внутри пор, но и на внешней поверхности катализатора.

1. Пат. 2262520 Российская Федерация, МПК7 С 08 J 11/20, С 08 J 11/16. Способ переработки органических полимерных отходов / Лебедева О. Е., Фурда Л. В., Белецкая В. А.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО Белгородский государственный университет. - № 2004119450/04; заявл. 25.06.04 ; опубл. 20.10.05, бюл. № 29. - с.5.

2. Фурда, Л. В. Термокаталитическое разложение полиэтилена в присутствии модифицированных глин / Л. В. Фурда, Л. А. Кривенко, О. Е. Лебедева // Изв. вузов. Сер. Химия и химическая технология. - 2005. - Т.48. - Вып.11. - С.60-63.

3. Фурда, Л. В. Влияние кислотной обработки на пористую структуру природных алюмосиликатов / Л. В. Фурда, И. Г. Рыльцова, О. Е. Лебедева // Сорбционные и хроматографические процессы. - 2006. - Т.6 - Вып.6. - С.1370-1373.

4. Фурда, Л. В. Каталитическая деструкция полиэтилена в присутствии синтетических алюмосиликатов / Л. В. Фурда, И. Г. Рыльцова, О. Е. Лебедева Журнал прикладной химии. - 2008. - Т.81 - Вып.9. - С.1555-1558.

5. Фурда, Л. В. Твердые продукты термокаталитической деструкции полиэтилена / Л. В. Фурда, И. Г. Рыльцова, О. Е. Лебедева // Бутлеровские сообщения. - 2009. - Т.15. - № 2. - С.62-65.

6. Фурда, Л. В. Использование глин для переработки полимерных отходов / Л. В. Фурда, О. Е. Лебедева // Сб.: Материалы Всероссийской научной конференции с международным участием: Сорбенты как фактор качества жизни и здоровья. - Белгород: БЕЛГУ, 2004. - С. 169 - 170.

7. Furda, L. V. Catalytic conversion of polyethylene into gasoline-range fuels // Abstracts of 3d International Conference “Ecological Chemistry”. - Chisinau, Moldova. - 2005. - P. 337.

8. Фурда, Л. В. Каталитическое разложение полиэтилена в жидкие углеводороды в присутствии модифицированных глин / Л. В. Фурда // Сб.: Материалы Международной конференции молодых ученых по фундаментальным наукам: «Ломоносов - 2006», секция Химия. -М.: МГУ, 2006. - Т. 1 - С.83.

9. Фурда, Л. В. Влияние кислотной обработки на сорбционные свойства монтмориллонитовой глины / Л. В. Фурда, И. Г. Рыльцова, О. Е. Лебедева // Сб.: Материалы Всероссийской научной конференции с международным участием: Сорбенты как фактор качества жизни и здоровья. - Белгород: БЕЛГУ, 2006. - С. 244 - 247.

10. Lebedeva, O. E. Catalytic conversion of polyethylene into gasoline-range fuels O. E. Lebedeva, L. V. Furda // Abstracts of 7th European Meeting on Environmental Chemistry EMEC7. - Brno, Czech Republic. - 2006. - P. 64.

11. Фурда, Л. В. Алюмосиликаты различного строения как катализаторы деструкции полиэтилена / Л. В. Фурда, И. Г. Рыльцова, А. Н. Галицкий, О. Е. Лебедева // Сб.: Материалы 5-ой Всероссийской цеолитной конференции: Цеолиты и мезопористые материалы: достижения и перспективы. - Звенигород, 8-11 июня 2008. - С. 155.

12. Фурда, Л. В. Продукты каталитического разложения полиэтилена в присутствии алюмосиликатов различной природы / Л. В. Фурда, И. Г. Рыльцова, О. Е. Лебедева // Сб.: Статьи Международной научно-практической конференции: Актуальные проблемы химической науки, практики и образования. - Курск, 2009. - Ч. 2 - С. 167-169.

Размещено на .ur