catalytic modification, pyrolysis of polymers, plastics waste recycling
Discipline
Macromolecular Chemistry and Material Sciences (organic chemistry) (Council of Physical Sciences)
100 %
Panel
Chemistry 2
Department or equivalent
Institute of Materials and Environmental Chemistry (Research Center of Natural Sciences)
Participants
Bozi, János Novákné Dr. Czégény, Zsuzsanna Pekkerné Jakab, Emma
Starting date
2007-07-01
Closing date
2011-07-31
Funding (in million HUF)
6.434
FTE (full time equivalent)
4.03
state
closed project
Summary in Hungarian
Műanyaghulladékokból pirolízis útján nyert nyers olajok többnyire szennyezettek és instabilak. A pályázat fő célja a műanyag pirolízisolajok szennyező és zavaró komponenseinek katalitikus átalakítása. Szilárd fázisú mikro- és mezopórusos katalizátorokat tesztelünk analitikai pirolízises módszerrel, kutatva a halogéntartalmú polimerekből és égésgátlókból származó klór- és brómtartalmú vegyületek, valamint az elektronikai berendezések és gépkocsi roncsok polimer összetevőinek pirolízisekor képződő, elégetéskor nitrogén-oxidokat termelő szerves vegyületek átalakítási és eltávolítási lehetőségeit. A laboratóriumi alapkutatás során megfelelő aktivitásúnak talált katalizátorok segítségével eltávolíthatók lesznek a pirolízisolaj reaktív és környezetkárosító komponensei, ezáltal lehetőség nyílik olyan hulladékhasznosítási technológiák kidolgozására, amellyel stabil, környezetszennyező vegyületeket nem tartalmazó vegyipari alapanyag vagy tüzelőanyag állítható elő. Kutatócsoportunk az utóbbi öt évben részt vett két műanyaghulladék kezelés témájú EU-5 projektben, amelyek részvevői újabb EU pályázat beadásán dolgoznak. A pályázati munkában szeretnénk diplomázó, illetve posztgraduális képzésben részvevő egyetemi hallgatóknak lehetőséget adni arra, hogy jártasságot szerezzenek korszerű műszerek alkalmazásában, és hogy megismerkedjenek a nemzetközi tudományos együttműködés gyakorlatával és jelentőségével.
Summary
Crude oils of plastics waste pyrolysis recycling are mostly containing unstable and polluting components. The main purpose of this project is the catalytic modification of the polluting and other troubling components of plastics waste pyrolysis oils. Solid micro- and mesoporous catalysts will be tested applying an analytical pyrolysis method in order to find suitable ways for the elimination or transformation of the chlorine- and bromine-containing organic compounds evolved from halogen containing polymers and flame retardants, and that of the nitrogen-containing compounds (source of nitrogen oxides when combusted) formed under pyrolysis from plastics of electronic wastes and automobile shredder residue. The new ways for the elimination of the reactive and polluting components of the plastics waste pyrolysis oils - applying catalysts of appropriate activity selected by the laboratory fundamental research - could serve the development of such recycling technologies which will produce stable and clean feedstock or fuel oils. Our research group took part in two EU-5 projects on plastics waste recycling in the past five years, and the cooperating partners are working now on a new proposal. We are planning to give the opportunity to join the research in the present project for graduating and post graduate students practicing up to date instruments and experiencing international scientific cooperation.
Final report
Results in Hungarian
A pályázat céljának megfelelően műanyaghulladékokból nyert pirolízisolajokat módosítottunk szilárd fázisú katalizátorok segítségével a nitrogén- és a halogéntartalom csökkentése érdekében.
Megállapítottuk, hogy az Y és β zeolitok többnyire megváltoztatják a polimerek hőbomlástermék vegyületeit, magát a hőbomlás reakcióját azonban kevéssé befolyásolják. Gyengén savas zeolit katalizátorágyon a pirolízistermék molekulák heteroatomot (nitrogént és oxigént) tartalmazó csoportjai leszakadnak, így a pirolizátum nitrogéntartalma a gázfázisba kerül, míg a szénhidrogén szegmensek egy- és kétgyűrűs aromás szénhidrogén vegyületekké alakulnak. A nátrium-zeolit kisebb molekulákra tördeli, és gyűrűbe zárja a hőbomlás termékeit, de nem bontja a szén-nitrogén kötéseket; így ez a katalizátor alig csökkenti a pirolízisolaj nitrogéntartalmát. A foszfortartalmú gyengén savas szervetlen égésgátlók jelentős hatással vannak a polimerek hőbomlási folyamataira és azok termékeire, azonban a pirolízisolaj nitrogéntartalmát nem befolyásolják. A nátriumionos Y és β zeolitok általában alkalmasak a klór- és brómtartalmú pirolízisolajok halogéntartalmának mérséklésére, de halogénmentesítő aktivitásuk jelentősen eltérő a különböző típusú szerves klór- és brómvegyületek esetében.
Tanulmányoztuk a deaktiválódott zeolitok regenerálhatóságát is. A katalitikus aktivitás elvesztését okozó szenes lerakódás minősége eltérőnek bizonyult a protonos és a nátriumion tartalmú zeolitoknál.
Results in English
In accordance with the goals of the project pyrolysis oils of plastics waste have been converted over solid catalysts in order to decrease their nitrogen and halogen content.
Our observations showed that the thermal decomposition reactions of polymers are hardly altered, but their products are mostly modified by Y and β zeolite. The heteroatom (N and O) containing groups of the pyrolysis product molecules are cleaved over zeolites of weak acidity, thus the nitrogen content of the pyrolysate is moved to the gas phase, while the hydrocarbon parts are converted to aromatic hydrocarbons of one and two rings. Over sodium-zeolites the pyrolysis product molecules are either split at C-C bonds or cyclised. But the C-N bonds are not cleaved, so the nitrogen content of the pyrolysis oil has hardly decreased over these zeolites. The inorganic phosphor containing flame retardants of weak acidity proved to influence the thermal decomposition process of the polymers, however, the nitrogen content of the pyrolysis oil has not been changed by them. Our experiments revealed that Na-Y and Na-β zeolite can be applied for dehalogenating pyrolysis oils of chlorine and bromine containing polymers, nevertheless their catalytic activity considerably differ for various types of organic chloro-and bromo-compounds.
The regeneration of the deactivated zeolites has been also studied. The quality of the deposited coke proved to be different on the surface of protonated and sodium forms of zeolite.
Bozi J; Czégény Zs; Blazsó M: Conversion of the volatile thermal decomposition products of polyamide-6,6 and ABS over Y zeolites, Thermochim Acta 472: 84–94, 2008
Czégény Zs; Blazsó M: Effect of phosphorous flame retardants on the thermal decomposition of vinyl polymers and copolymers, J Anal Appl Pyrolysis 81: 218-224, 2008
Blazsó M; Bozi J: Application of pyrolysis for treatment and utilization of difficult wastes, pp. 1-10 Paper 240 in: CD Proc. Conf. on Sustainable Development of Energy, Water and Environment Systems, Dubrovnik, Sept 29-Okt 3. Zagreb, 2009
Blazsó M: Pyrolysis for recycling waste composites, pp. 102-121 in: Goodship V. Management, recycling and reuse of waste composites. Woodhead Publ Ltd, Cambridge; Oxford, 2009
Bozi J, Blazso M: Catalytic modification of pyrolysis products of nitrogen-containing polymers over Y zeolites, Green Chemistry 11: 1638-1645, 2009
Blazso M; Bozi J: Catalytic conversion of thermal decomposition products of halogen containing polymers studied by pyrolysis-GC-MS., Current Analytical Chemistry 7: 110-116, 2011
