PET-in təkrar emalı üçün ultrasəslə dəstəklənən qələvi hidroliz
Qələvi hidroliz tullantı polietilentereftalatın (PET) depolimerləşdirilməsi üçün effektiv üsuldur. Proses PET-i tereftalat duzlarına çevirir; bu duzlar daha sonra turşulaşdırılaraq yeni PET və digər poliester materiallarının istehsalında istifadə üçün yüksək təmizlikli tereftal turşusunun (TPA) bərpasını təmin edə bilər. Güclü ultrasəs və ya sonikasiya qarışdırmanı və kütlə ötürülməsini yaxşılaşdırır və PET-in hidrolizini əhəmiyyətli dərəcədə sürətləndirə bilər. Sonikasiyanın PET-in təkrar emalını necə daha sürətli və səmərəli edə biləcəyini öyrənin.
Ultrasəs enerjisindən istifadə etməklə polietilentereftalatın depolimerləşdirilməsinə dayanıqlı və səmərəli yanaşma
Hidroliz zamanı PET turş, neytral və ya qələvi şəraitdə su ilə reaksiyaya girərək tereftal turşusu (TPA) və etilenqlikol (EG) əmələ gətirir. Ənənəvi hidroliz yüksək temperatur, artırılmış təzyiq, qatılaşdırılmış reagentlər və ya uzun qalma müddətləri tələb edə bilər, çünki reaksiya nisbətən davamlı bərk polimer ilə maye faza arasındakı sərhəddə baş verir. Sonikasiya nəticəsində yaranan qarışdırma bu fazalararası reaksiyanı sürətləndirə, fazalararası keçid katalizini yaxşılaşdıra və daha yumşaq reaksiya şəraitində daha yüksək çevrilmə dərəcəsi təmin edə bilər.
PET xammalınız və reaksiya şəraitiniz haqqında bizə məlumat verin. Sonikasiya üzrə mütəxəssislərimiz təkrar emal prosesiniz üçün optimal sonikator və reaktor konfiqurasiyasını tövsiyə edəcəklər.
UIP1600hdT sənaye sonikatoru təkrar emalı yaxşılaşdırmaq üçün polietilentereftalatın (PET) depolimerləşdirilməsini intensivləşdirir
Elmi nəticələr: Sonikasiya PET-in təkrar emalını yaxşılaşdırır
Sonikasiya aşağı temperaturlu qeyri-sulu mühitlərdə təmiz monomerin bərpasını sürətləndirir
Bhogle və Pandit tərəfindən 2017-ci ildə dərc edilmiş tədqiqat göstərir ki, 20 kHz ultrasəsin tətbiqi tullantı PET-in qələvi hidrolizini, xüsusilə qeyri-sulu metanollu mühitlərdə, əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdırır. Tədqiqatçılar müəyyən etmişlər ki, ultrasəs 50°C temperaturda 60 dəqiqə ərzində PET-in 69% çevrilməsini təmin etmişdir; sonikasiya olmadan isə bu göstərici yalnız 46% olmuşdur. Bu proses daha yumşaq şəraitdə təmiz tereftal turşusunun (TA) bərpasına imkan verir və istehlakdan sonrakı PET tullantılarının emalı üçün yeni, həlledicisiz strategiya təklif edir. Tədqiqat vurğulayır ki, ultrasəslə mikroqarışdırma PET və qələvi molekulları arasında toqquşma tezliyini artırır, bununla da reaksiya sürətini yüksəldir və depolimerləşdirmə prosesini daha böyük miqyaslı təkrar emal tətbiqləri üçün iqtisadi baxımdan daha əlverişli edir.
Sonikasiya reaksiya müddətlərini və emal xərclərini kəskin şəkildə azaldır
Paliwal və Mungray tərəfindən 2013-cü ildə dərc edilmiş tədqiqat göstərir ki, ultrasəs dəstəyi fazalararası keçid katalizatorunun mövcudluğunda PET-in qələvi hidrolizi üçün tələb olunan reaksiya müddətini kəskin şəkildə azaldır. Ənənəvi üsulla PET-in tereftal turşusuna 100% çevrilməsinə nail olmaq üçün 65 dəqiqədən çox vaxt tələb olunduğu halda, ultrasəslə dəstəklənən proses reaksiyanı cəmi 45 dəqiqəyə tamamlamışdır. Tədqiqat təsdiqləyir ki, ultrasəs reaksiyanın əsas mexanizmini dəyişdirmir, lakin kavitasiyanı və kütlə ötürülməsini artırmaqla reaksiya sürətini əhəmiyyətli dərəcədə yüksəldir. Səmərəliliyin bu cür artması təkrar emal sənayesi üçün böyük əhəmiyyət daşıyır, çünki emal xərclərini və enerji tələbatını azaldaraq kimyəvi təkrar emalı ilkin xammaldan material istehsalı ilə müqayisədə daha rəqabətqabiliyyətli edir.
Sonikasiya səthin modifikasiyası vasitəsilə fermentlərin əlçatanlığını artırır
Pellis və həmkarları tərəfindən 2016-cı ildə dərc edilmiş tədqiqat ultrasəsin fermentativ hidrolizə sinergetik təsirini araşdırır və göstərir ki, sonikasiya mikro nahamarlıqlar və qüsurlar yaradaraq PET-in səth sahəsini artırır. Bu fiziki modifikasiya fermentlərin polimer zəncirlərinə çıxışını yaxşılaşdırır və fermentativ depolimerləşdirmənin səmərəliliyini əhəmiyyətli dərəcədə artırır. Kimyəvi və bioloji təkrar emal üsulları arasındakı boşluğu aradan qaldıran bu yanaşma ənənəvi qələvi hidrolizdən daha yumşaq şəraitdə işləyən, ekoloji baxımdan daha əlverişli alternativ təklif edir və dövri iqtisadiyyat üçün monomerin yüksək bərpa göstəricilərini qorumaqla enerji sərfini potensial olaraq azaldır.
PET-in təkrar emalında ultrasəs emalı və kutinaza fermentinin sinergetik tətbiqi haqqında daha ətraflı oxuyun!
Miqyasın xətti artırılması və istehsalat müəssisəsinə asan inteqrasiya
Hielscher axın xətti sonikatorları ultrasəs gücünü artırarkən və ya bir neçə qurğunu paralel işlədərkən müəyyən edilmiş parametrləri – amplituda, enerji girişi, təzyiq, temperatur, həcm sərfi və qalma müddəti kimi parametrləri – saxlamaqla miqyasın xətti artırılması üçün nəzərdə tutulmuşdur. Yığcam axın kameralı reaktorlar PET suspenziyasının ötürmə xəttinə və ya resirkulyasiya dövrəsinə quraşdırıla bilər. Bu, mövcud təkrar emal müəssisəsinin əsas depolimerləşdirmə qabını və ya sonrakı ayırma avadanlığını əvəz etmədən sonikasiyanın müəssisəyə əlavə edilməsini nisbətən asanlaşdırır.
UIP6000hdT sənaye sonikatoru axın xətti daxilində depolimerləşdirmə üçün axın kamerası ilə
Sənaye prosesinin konfiqurasiyası
Ultrasəslə dəstəklənən PET təkrar emal xətti adətən çeşidləmə, yuma və ölçünün kiçildilməsi ilə başlayardı. PET lopaları seçilmiş reaksiya mühiti ilə qarışdırılır və ultrasəs axın reaktorundan ya bir dəfə, ya da resirkulyasiya dövrəsində təkrarən nasosla keçirilir. Emal edilmiş suspenziya daha sonra əsas depolimerləşdirmə reaktoruna daxil olur və ya ona geri qayıdır.
Hidroliz üçün sonrakı emal mərhələləri reaksiyaya girməmiş bərk maddələrin uzaqlaşdırılmasını, tereftalat duzlarının turşulaşdırılmasını, TPA-nın kristallaşdırılmasını, yumanı və EG-nin bərpasını əhatə edə bilər. Qlikoliz BHET və oliqomerlərin ayrılmasını və təmizlənməsini, fermentativ proseslər isə fermentlərin idarə edilməsini və həll olan hidroliz məhsullarının bərpasını tələb edir. Axın xəttindəki ölçü cihazları temperaturu, təzyiqi, axını və ötürülən ultrasəs enerjisini izləyə bilər; bu da emalı PET-in vahid kütləsinə düşən təkrarlana bilən enerji dozası kimi ifadə etməyə imkan verir.
PET-in axın xətti daxilində depolimerləşdirilməsi üçün sənaye ultrasəs reaktoru
PET-in ultrasəslə depolimerləşdirilməsi haqqında tez-tez verilən suallar
PET-in ultrasəslə depolimerləşdirilməsi nədir?
PET-in ultrasəslə depolimerləşdirilməsi polietilentereftalatın monomerlərə və ya daha qısa zəncirli kimyəvi aralıq məhsullara parçalanmasına kömək edən, ultrasəslə dəstəklənən təkrar emal prosesidir. Yüksək güclü ultrasəs qarışdırmanı, kütlə ötürülməsini və PET hissəcikləri ilə reaksiya mühiti arasındakı təması yaxşılaşdırmaqla hidroliz, qlikoliz, metanoliz və ya fermentativ reaksiyaları intensivləşdirir.
Ultrasəs PET-in təkrar emalını necə yaxşılaşdırır?
Ultrasəs mayelərdə akustik kavitasiya yaradır. Mikroskopik qabarcıqların çökməsi kəsilmə qüvvələri, mikroşırnaqlar, zərbə dalğaları və intensiv yerli qarışdırma yaradır. Bu təsirlər PET səthini yeniləyir, hissəcikləri və katalizatorları dispersləşdirir, diffuziya maneələrini azaldır və reaksiyanın baş verə bildiyi sahəni artırır; nəticədə depolimerləşdirməni potensial olaraq sürətləndirir və monomerin bərpasını yaxşılaşdırır.
Ultrasəs kimyəvi maddələr və ya fermentlər olmadan PET-i depolimerləşdirə bilərmi?
Ultrasəs uyğun şəraitdə hissəcikləri parçalaya və polimer zəncirlərinin məhdud dərəcədə qırılmasına səbəb ola bilər, lakin adətən təkbaşına PET-in seçici və tam depolimerləşdirilməsini təmin etmir. Onun sənayedə əsas rolu artıq tətbiq olunan kimyəvi və ya fermentativ təkrar emal reaksiyasını intensivləşdirməkdir.
PET-in hansı təkrar emal prosesləri ultrasəs emalı ilə dəstəklənə bilər?
Ultrasəs emalı qələvi, turş və ya neytral hidrolizi; etilenqlikolla qlikolizi; metanolizi; katalitik solvolizi və PET-in fermentativ hidrolizini dəstəkləyə bilər. Uyğun ultrasəs intensivliyi, temperatur, təzyiq və qalma müddəti seçilmiş reaksiyadan və arzu olunan məhsullardan asılıdır.
PET-in ultrasəslə təkrar emalından hansı məhsullar bərpa edilə bilər?
Hidroliz vasitəsilə tereftal turşusu və etilenqlikol bərpa edilə bilər, qlikoliz isə adətən daha qısa zəncirli oliqomerlərlə yanaşı, geniş yayılmış adı BHET olan bis(2-hidroksietil) tereftalat əmələ gətirir. Metanoliz dimetil tereftalat və etilenqlikol əmələ gətirir. Təmizləndikdən sonra bu materiallar yeni polimerlərin və digər kimyəvi məhsulların istehsalında istifadə edilə bilər.
Ultrasəs PET-in depolimerləşdirilmə müddətini və ya temperaturunu azalda bilərmi?
Ultrasəs fazalararası reaksiyaları sürətləndirə bilər və daha qısa qalma müddətlərinə və ya daha yumşaq emal şəraitinə imkan yarada bilər. Faktiki yaxşılaşma PET hissəciklərinin ölçüsündən, kristallıq dərəcəsindən, bərk maddələrin konsentrasiyasından, həlledicidən, katalizatordan və reaktor konfiqurasiyasından asılıdır. Müddətin və ya temperaturun azalmasının sonikasiya üçün tələb olunan əlavə elektrik enerjisini kompensasiya edib-etmədiyini müəyyənləşdirmək üçün pilot sınaqlar lazımdır.
Ultrasəslə depolimerləşdirmə istehlakdan sonrakı PET üçün uyğundurmu?
Bəli, ultrasəslə dəstəklənən təkrar emal yuyulmuş və ölçüsü kiçildilmiş istehlakdan sonrakı PET-i, o cümlədən butulkaları, qablaşdırmanı və potensial olaraq yüksək poliester tərkibli tekstil tullantılarını emal edə bilər. Xammalın çeşidlənməsi və ilkin emalı vacib olaraq qalır, çünki boyalar, çoxqatlı materiallar, digər polimerlər, əlavələr və çirk reaksiyanın effektivliyinə və sonrakı mərhələlərdə monomerin təmizliyinə təsir göstərə bilər.
Hielscher axın xətti sonikatorlarının miqyası artırıla və onlar mövcud PET təkrar emal müəssisələrinə əlavə edilə bilərmi?
Hielscher axın xətti sonikatorları amplituda, enerji girişi, təzyiq, temperatur, həcm sərfi və qalma müddəti kimi müəyyən edilmiş parametrləri pilot sınaqlardan daha böyük emal qurğularına və ya paralel sonikator qruplarına köçürməklə miqyasın xətti artırılmasını dəstəkləyir. Onların yığcam axın kameralı reaktorları mövcud PET suspenziyası ötürmə xəttinə və ya resirkulyasiya dövrəsinə inteqrasiya edilə bilər; bu da müəssisənin əsas depolimerləşdirmə reaktorunu əvəz etmədən nisbətən sadə şəkildə əlavə quraşdırma imkanı verir.
PET-in ultrasəslə depolimerləşdirilməsi fasiləsiz aparıla bilərmi?
Bəli. PET suspenziyası ultrasəs axın kameralı reaktordan bir keçiddə nasosla keçirilə və ya hədəf enerji dozasına, yaxud çevrilmə dərəcəsinə çatana qədər təkrarən dövr etdirilə bilər. Axın xətti daxilində fasiləsiz sonikasiya nəzarət olunan qalma müddəti, təkrarlana bilən emal və sənaye nasosları, istilik dəyişdiriciləri, reaksiya qabları və ayırma avadanlığı ilə daha asan inteqrasiya təmin edir.
PET-in ultrasəslə depolimerləşdirilməsinə hansı parametrlər nəzarət edir?
Mühüm iş dəyişənlərinə ultrasəs amplitudası, xüsusi enerji girişi, təzyiq, temperatur, həcm sərfi, qalma müddəti, impuls rejimi, PET hissəciklərinin ölçüsü, bərk maddə yükü, kristallıq dərəcəsi və reaktorun həndəsəsi daxildir. Kimyəvi dəyişənlər – o cümlədən həlledicinin tərkibi, katalizatorun konsentrasiyası, pH və PET-in reagentə nisbəti – ultrasəs şəraiti ilə yanaşı optimallaşdırılmalıdır.
Ultrasəs PET-in fermentativ təkrar emalını yaxşılaşdıra bilərmi?
Qısa, nəzarət olunan sonikasiya fermentlərin dispersləşməsini, ferment–substrat təmasını, PET səthinə çıxışı və həll olan parçalanma məhsullarının ayrılmasını yaxşılaşdıra bilər. Həddindən artıq ultrasəs intensivliyi və ya uzunmüddətli təsir fermenti deaktivləşdirə bilər, buna görə impuls sonikasiyası və ya qısa aktivləşdirmə mərhələsi çox vaxt fasiləsiz emaldan daha məqsədəuyğundur. Daha ətraflı oxuyun!
PET-in ultrasəslə təkrar emalı ekoloji baxımdan dayanıqlıdırmı?
Daha sürətli reaksiyaların, daha aşağı temperaturların, azalmış katalizator sərfinin, daha yüksək monomer çıxımlarının və ya daha kiçik reaktorların faydaları sonikatorun istifadə etdiyi elektrik enerjisinin yükünü üstələdikdə ultrasəs emalı dayanıqlılığı yaxşılaşdıra bilər. Tam qiymətləndirmə xammalın ilkin emalını, həlledici və reagentlərin bərpasını, məhsulun təmizlənməsini, tullantı sularının yaranmasını və elektrik enerjisi təchizatının karbon intensivliyini də əhatə etməlidir.
Ultrasəslə kimyəvi təkrar emal PET-in mexaniki təkrar emalından nə ilə fərqlənir?
Mexaniki təkrar emal polimer zəncirlərini əsasən qoruyaraq PET-i yuyur, əridir və yenidən formalaşdırır. Ultrasəslə kimyəvi təkrar emal həmin zəncirlərin təmizlənə və yenidən polimerləşdirilə bilən monomerlərə və ya aralıq məhsullara parçalanmasına kömək edir. Buna görə də rəng, çirklənmə, parçalanma və ya məhsulun keyfiyyət tələbləri səbəbindən mexaniki üsulla təkrar emalı çətin olan PET axınları üçün faydalı ola bilər.
Ədəbiyyat / İstinadlar
- Nutan Rajesh Paliwal, Arvind Kumar Mungray (2013): Ultrasound assisted alkaline hydrolysis of poly(ethylene terephthalate) in presence of phase transfer catalyst. Polymer Degradation and Stability, Volume 98, Issue 10, 2013. 2094-2101.
- Bhogle, C. S.; and Pandit, A. B. (2018): Ultrasound-Assisted Alkaline Hydrolysis of Waste Poly(Ethylene Terephthalate) in Aqueous and Non-aqueous Media at Low Temperature. Indian Chemical Engineer, 60(2), 2018. 122–140.
- Alessandro Pellis, Caroline Gamerith, Gagik Ghazaryan, Andreas Ortner, Enrique Herrero Acero, Georg M. Guebitz (2016): Ultrasound-enhanced enzymatic hydrolysis of poly(ethylene terephthalate). Bioresource Technology, Volume 218, 2016. 1298-1302.
Hielscher Ultrasonics yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs homogenizatorlarını laboratoriya ölçüsündən sənaye ölçüsünə qədər istehsal edir.