Macromolecular Chemistry and Material Sciences (organic chemistry) (Council of Physical Sciences)
70 %
Ortelius classification: Macromolecular chemistry
Organic, Biomolecular, and Pharmaceutical Chemistry (Council of Physical Sciences)
30 %
Ortelius classification: Macromolecular chemistry
Panel
Chemistry 2
Department or equivalent
Institute of Materials and Environmental Chemistry (Research Center of Natural Sciences)
Participants
Blazsó, Marianne Bozi, János Pekkerné Jakab, Emma Rajnai, Eszter
Starting date
2011-02-01
Closing date
2015-09-30
Funding (in million HUF)
6.000
FTE (full time equivalent)
6.03
state
closed project
Summary in Hungarian
Összefoglalás Biomassza és műanyag hulladék egyik környezetbarát újrahasznosítási módja azok együttes pirolízise, így a keletkező szilárd hulladék értékes vegyipari alapanyaggá vagy tüzelőanyaggá alakítható. Munkánk során különböző biomassza-műanyag kompozit anyagok és keverékek (farostlemez, MDF lap, textil) hőbomlását vizsgáljuk analitikai pirolízis technikákkal. A termikus bomlás folyamatát, a pirolízis során keletkező folyékony és szilárd termékek minőségi és mennyiségi összetételét vizsgáljuk, különös tekintettel a mérgező (pl: klórozott szerves molekulák, hidrogén-cianid) vagy környezetszennyező vegyületek keletkezésére. Célunk a komponensek közötti kölcsönhatások és olyan pirolízis körülmények felderítése, amelyek optimális megoldást nyújtanak az ilyen összetett anyagú hulladékok hasznosítására. Kísérleteinket a következő keverékekkel végezzük: fa-poli(vinil-klorid); fa-poliuretán, fa-fenol-formaldehid gyanta (hulladék bútor); pamut-poliakrilnitril, poliészterek, poliamidok, poliuretánok (textil hulladék). Az alapkutatás eredményei hozzájárulhatnak a biomassza és műanyag hulladék együttes hulladékhasznosítási technológiájának fejlesztéséhez, ezáltal a keletkező hulladékból értékes, mérgező- vagy környezetszennyező anyagoktól mentes, folyékony és szilárd termékek állíthatóak elő.
Summary
Summary The co-pyrolysis process of biomass and plastic waste mixtures have been recognized as a promising and environmentally friendly route for the upgrading of solid wastes to valuable products such as chemicals or fuels. The thermal decomposition of selected biomass - plastic mixtures and composite waste materials (engineered wood, wood-plastic composites and textiles) will be studied by analytical pyrolysis methods. The detailed analysis of polymer and wood (and wood components) co-pyrolysis products will be especially focussed on the formation of toxic compounds (e.g., chlorinated organic compounds, hydrogen cyanide). Our goal is to reveal the possible synergistic effects between the components and to find the optimal pyrolysis conditions for the waste utilisation of such complex materials. The following materials will be examined: wood and polyvinyl chloride; wood and polyurethane and phenol-formaldehyde resin (modeling of furniture waste); cotton (cellulose) and polyacrylonitrile, polyesters, polyamides and polyurethanes (modeling of textile waste). The results could help the development and optimization of co-pyrolysis process of biomass and plastic waste mixtures in order to obtain valuable oil or solid products free of toxic contaminants.
Final report
Results in Hungarian
A pályázat keretében különböző eredetű és összetételű biomassza és műanyag hulladékok pirolitikus újrahasznosításának lehetőségét és korlátait vizsgáltuk. A keverék minták esetében megfigyeltük az egyes komponensek szerepét a hőbomlás folyamatában. A környezetre vagy egészségre káros komponensek azonosítására különös figyelmet fordítottunk.
A háztartási- és elektronikai hulladékok legjelentősebb halogéntartalmú hulladékkomponenseinek hőbomlását tanulmányoztuk biomassza és műanyag hulladékok pirolízise során. Poli(vinil-klorid) és az elterjedten használt brómozott epoxi oligomer égésgátló együttes pirolízisekor a bomlástermékek között számos vegyes (Br-ot és Cl-t is tartalmazó) halogéntartalmú szerves vegyületet azonosítottunk. Megállapítottuk, hogy a vizsgált halogéntartalmú hulladékkomponensek fával vagy ligninnel történő együttes pirolízise során a halogéntartalom jelentős mennyiségéből brómmetán illetve klórmetán keletkezik.
Katalizátorok hatását teszteltük különböző műanyag és biomassza hulladékok pirolitikus átalakítása során annak érdekében, hogy a pirolízis folyamatát a lehető legértékesebb termékek keletkezésének irányába vezessük. Savas zeolit katalizátorok termékmódosító hatását teszteltük poliamidok, poliuretánok, poliészterek és poliéterek esetén. Az ammonium-Y zeolitot új termokemolízis reagensnek javasoltuk poliéter és poliészter anyagok azonosítására.
Results in English
The possibilities and the potential risk factors of the pyrolytic recycling of biomass and plastic waste were investigated in the project. The study has focused on the understanding of the chemical reactions taking place during pyrolytic waste elimination procedures. The analysis of the thermal decomposition products was carried out with special attention to the formation of chemical compounds which are hazardous to the health or environment.
The thermal decomposition of the most significant halogen sources of the domestic and electronic waste was studied in biomass and plastic waste mixtures. Several mixed chlorinated and brominated phenols and bisphenol A molecules have been identified among the pyrolysis products of polymer mixtures containing brominated epoxy oligomer (BrEpoxy) flame retardant and polyvinyl chloride (PVC). Significant amount of chloro- and bromomethane was detected in the pyrolysate of wood or lignin mixtures of PVC and BrEpoxy flame retardant, respectively.
The effect of catalysts was tested on the thermal decomposition process of plastic and biomass waste materials in order to obtain more valuable products by pyrolytic recycling of organic wastes. The effect of acidic zeolite-type catalysts was determined on the pyrolysis product distribution of polyamides, polyurethanes, polyesters and polyethers. An alternative way of thermochemolysis has been proposed using ammonium Y zeolite as a solid reagent for the identification of polyethers and polyesters.
Czégény Z, Jakab E, Blazsó M, Bhaskar T, Sakata Y: Thermal decomposition of polymer mixtures of PVC, PET and ABS containing brominated flame retardant: Formation of chlorinated and brominated organic compounds, J ANAL APPL PYROL 96: 69-77, 2012
Czégény Z, Jakab E, Blazsó M: Pyrolysis of wood, cellulose, lignin–brominated epoxy oligomer flame retardant mixtures, J ANAL APPL PYROL 103: 52-59, 2013
Bozi J; Mihályi M. R; Blazsó M: Study on temperature dependence of catalytic thermal decomposition of polyamides and polyurethanes mixed with acidic zeolites, J. Anal. Appl. Pyrol. 101, 103-110, 2013
Barta-Rajnai E; Bozi J; Sebestyén Z; Blazsó M; Jakab E; Miskolczi N; Czégény Zs: Catalytic pyrolysis of mixtures modeling municipal waste, 8th International Symposium on Feedstock Recycling of Polymeric Materials, 2015. szeptember 7-10., Leoben (Austria), 2015
Czégény Zs.; Jakab E.; Bhaskar T.; Sakata Y.: Pyrolysis of halogen containing polymer mixtures, pp 33-34 in Pap. pres. at Int. Symposium on Feedstock Recycling of Polymeric Materials, Toledo, Spain, Oct 5-7, 2011, 2011
Bozi J.; Mihályi M. R.; Blazsó M.: Study on temperature dependence of catalytic thermal decomposition of polyamides and polyurethanes mixed with acidic zeolites, Journal of Analytical and Applied Pyrolysis 101, 103-110, 2013
Czégény Z.; Jakab E.; Blazsó M.: PYROLYSIS OF WOOD-, CELLULOSE-, LIGNIN-PVC MIXTURES, 7th International Symposium on Feedstock Recycling of Polymeric Materials: New Delhi, India, 2013.10.23-26.ISFR 2013; Paper CT 24-, 2013
