ულტრასონიკურად დამხმარე ტუტოვანი ჰიდროლიზი PET-ის გადამუშავებისთვის
ტუტე ჰიდროლიზი ეფექტური მეთოდია ნარჩენების პოლიეთილენტეროფტალატის (PET) დეპოლიმერიზაციის მიზნით. პროცესი გარდაქმნის PET-ს ტერეფტალატის მარილებად, რომლებიც შემდეგ შეიძლება მჟავიანად იქნეს მაღალი სისუფთავის ტერეფტალის მჟავის (TPA) აღსადგენად ახალი PET და სხვა პოლიესტერის მასალების წარმოებისას. დენის ულტრაბგერა, ან სონიკა, აძლიერებს შერევას და მასის გადაცემას და შეუძლია მნიშვნელოვნად დააჩქაროს PET ჰიდროლიზი. შეიტყვეთ, თუ როგორ შეუძლია სონიკას PET გადამუშავება უფრო სწრაფი და ეფექტური გახადოს.
მდგრადი, ეფექტური მიდგომა პოლიეთილენ ტერეფტალატის დეპოლიმერიზაციის მიზნით ულტრაბგერითი ენერგიის გამოყენებით
ჰიდროლიზის დროს, PET რეაგირებს წყალთან მჟავიან, ნეიტრალ ან საყოველთაო ლუწ პირობებში, რათა წარმოიქმნას ტერეფტალენის მჟავა (TPA) და ეთილენის გლიკოლი (EG). კონვენციურ ჰიდროლიზს შეიძლება მოითხოვოს მაღალი ტემპერატურა, გაზრდილი წნევა, კონცენტრირებული რეაგენტები ან ხანგრძლივი დრო, რადგან რეაქცია ხდება შედარებით მდგრადი მყარ პოლიმერულ ფაზასა და სითხის ფაზას შორის. სონიკაციის საშუალებით მიბჯენილი შერევა შეუძლია დააჩქაროს ეს ფაზისმიერ რეაქცია, გააუმჯობესოს ფაზის გადაცემის კატალიზი და მიაღწიოს უკეთეს კონვერტაციას მსუბუქი რეაქციის პირობებში.
გვიამბეთ თქვენი PET-ს ნედლეულსა და რეაქციის პირობებზე. ჩვენი სონიკაციის ექსპერტები დაგირჩევენ ოპტიმალურ სონიკატორსა და რეაქტორის კონფიგურაციას თქვენი რეციკლობის პროცესისთვის.
სამრეწველო sonicator UIP1600hdT აძლიერებს პოლიეთილენტეროფტალატის (PET) დეპოლიმერიზაციას გაუმჯობესებული გადამუშავებისთვის
სამეცნიერო შედეგები: Sonication აუმჯობესებს PET გადამუშავებას
Sonication აჩქარებს სუფთა მონომერის აღდგენას დაბალი ტემპერატურის არაწყალხსნარში
Bhogle and Pandit-ის 2017 წელს გამოქვეყნებული კვლევა აჩვენებს, რომ 20 kHz ულტრაბგერითი გამოყენება მნიშვნელოვნად აძლიერებს ნარჩენების PET-ის ტუტე ჰიდროლიზს, განსაკუთრებით არაწყლიან მეთანოლურ გარემოში. მკვლევარებმა დაადგინეს, რომ ულტრაბგერითი 60 წუთში 50°C ტემპერატურაზე PET-ის 69%-იან კონვერტაციას მიაღწია, მაშინ როდესაც ულტრაბგერითი გამოკვლევის გარეშე მხოლოდ 46%-ს მიაღწია. ეს პროცესი იძლევა სუფთა ტერეფტალის მჟავის (TA) აღდგენის საშუალებას უფრო რბილ პირობებში, გვთავაზობს ახალ, გამხსნელების გარეშე სტრატეგიას შემდგომი მოხმარების PET ნარჩენების დასამუშავებლად. კვლევა ხაზს უსვამს იმას, რომ ულტრაბგერითი მიკრო-შერევა ზრდის PET და ტუტე მოლეკულებს შორის შეჯახების სიხშირეს, რითაც აძლიერებს რეაქციის სიჩქარეს და დეპოლიმერიზაციის პროცესს უფრო ეკონომიურად სიცოცხლისუნარიანს ხდის უფრო ფართომასშტაბიანი გადამუშავების აპლიკაციებისთვის.
Sonication მკვეთრად ამცირებს რეაქციის დროს და დამუშავების ხარჯებს
Paliwal-ისა და Mungray-ის 2013 წელს გამოქვეყნებული კვლევა აჩვენებს, რომ ულტრაბგერითი დახმარება მკვეთრად ამცირებს PET-ის ტუტე ჰიდროლიზისთვის საჭირო რეაქციის დროს ფაზის გადაცემის კატალიზატორის თანდასწრებით. მიუხედავად იმისა, რომ ჩვეულებრივი მეთოდი 65 წუთზე მეტს სჭირდებოდა PET-ის 100%-იანი გადაქცევისთვის ტერეფტალის მჟავად, ულტრაბგერითი პროცესით დასრულდა რეაქცია მხოლოდ 45 წუთში. კვლევა ადასტურებს, რომ ულტრაბგერითი არ ცვლის შინაგანი რეაქციის მექანიზმს, მაგრამ მნიშვნელოვნად აძლიერებს რეაქციის სიჩქარეს გაზრდილი კავიტაციისა და მასის გადაცემის გზით. ეფექტურობის ეს ზრდა ძალზე მნიშვნელოვანია გადამუშავების ინდუსტრიისთვის, რადგან ის ამცირებს გადამუშავების ხარჯებს და ენერგიის მოთხოვნებს, რაც ქიმიურ გადამუშავებას უფრო კონკურენტუნარიანს ხდის ხელუხლებელი მასალის წარმოებასთან.
სონიკაცია აძლიერებს ენზიმურ ხელმისაწვდომობას ზედაპირული მოდიფიკაციის მეშვეობით
2016 წელს გამოქვეყნებული კვლევა, ავტორობით პელისა და კოლეგების, იკვლევს ულტრასონიკის სინერგისტურ ეფექტს ენზიმურ ჰიდროლიზზე, აჩვენებს რომ სონიკაცია ზრდის PET-ის ზედაპირის ფართობს მიკრო-დიფექტებისა და ხარვეზების შექმნით. ეს ფიზიკური მოდიფიკაცია აუმჯობესებს ენზიმების ხელმისაწვდომობას პოლიმერული ჯაჭვებისთვის, მნიშვნელოვანი წილად გაზრდის ენზიმური დეპოლიმერიზაციის ეფექტურობას. ქიმიურ და ბიოლოგიურ გადამუშავების მეთოდებს შორის ფარულ ხიდს ქმნის, ეს მიდგომა გთავაზობს მწვანე ალტერნატივას, რომელიც მოქმედებს მტრედული პირობებით ტრადიციული ალკალური ჰიდროლიზისგან განსხვავებით, რაც შეიძლება ენერგიის მოხმარების შემცირებას უწყობდეს, ხოლო წრის ეკონომიკისთვის მაღალი მონომერის აღდგენის მაჩვენებლებს ინარჩუნებს.
მეტის კითხვა ულტრაშეხვეთისა და ფერმენტ ქუთინაზის სინერგეტიკულ გამოყენებაზე PET-ის რეციკლში!
ანტასკალური მასშტაბირების ზრდა და მარტივი ქარხნის ინტეგრაცია
Hielscher-ის ინლაინ სონიკატორები შექმნილია ანტასკალური მასშტაბირებისთვის განსაზღვრული პარამეტრების შენარჩუნებით – მაგალითად ამპლიტუდა, ენერგიის ჩატარება, წნევა, ტემპერატურა, ნაკადის სიჩქარე და რეზიდენტის დრო – როდესაც უახლოესი სონიკური სიმძლავრესი იზრდება ან რამდენიმე მოწყობილობას პარალელურად ახორციელებენ. კომპაქტური ნაკადი-ჭურვის რეაქტორები შეიძლება დამონტაჟდეს PET-სლორის გადაცემის ხაზში ან რეცირკულაციის ლუპში, რაც სონიკაციას შედარებით მარტივს ხდის არსებული რეციკლირების ქარხნაში ინტეგრირებისთვის, მის მთავარი დეპოლიმერიზაციის ჭურჭლის ან ქვედა განყოფილების აღჭურვილობის შეცვლის გარეშე.
სამრეწველო Sonicator UIP6000hdT ნაკადის უჯრედით შიდა დეპოლიმერიზაციისთვის
სამრეწველო პროცესის კონფიგურაცია
ულტრაბგერითი დახმარებით PET გადამუშავების ხაზი ჩვეულებრივ იწყება დახარისხებით, რეცხვით და ზომის შემცირებით. PET ფანტელები შერეულია შერჩეულ რეაქციის საშუალებებთან და ტუმბოს ულტრაბგერითი ნაკადის რეაქტორში, ერთხელ ან არაერთხელ რეცირკულაციის მარყუჟში. შემდეგ დამუშავებული სუსპენზია შედის ან ბრუნდება მთავარ დეპოლიმერიზაციის რეაქტორში.
ჰიდროლიზისთვის, შემდგომი პროცესის რგოლში შესაძლოა შედიოდეს რეაგირებისგან დარჩენილი მყარი ნარჩენების გამოტანა, ტერეფთალატის მარილების მჟავიანობა, TPA-ის კრისტალიზაცია, დაბანა და EG-ის აღდგენა. გლიკოლიზისთვის საჭიროა BHET-ისა და ოლიგომერთა განცალკევება და წმენდა, ხოლო ენზიმური პროცესისთვის საჭიროა ენზიმის მართვა და ხსნადი ჰიდროლიზის პროდუქტების აღდგენა. ინტერნალური ხელსაწყოებით შესაძლებელია ტემპერატურის, წნევის, ნაკადის და მიწოდებული ულტრაბგერითი ენერგიის მონიტორინგი, რაც საშუალებას აძლევს მკურნალობას გამოიხატოს როგორც PET-ის ერთეულ მასაზე გამეორებადი ენერგეტიკული დოზა.
სამრეწველო ულტრაბგერითი რეაქტორი PET-ის შიდა დეპოლიმერიზაციისთვის
ხშირად დასმული კითხვები ულტრაბგერითი PET დეპოლიმერიზაციის შესახებ
რა არის PET-ის ულტრაბგერითი დეპოლიმერიზაცია?
ულტრაბგერითი PET დეპოლიმერიზაცია არის ულტრაბგერითი დახმარებით გადამუშავება პროცესი, რომელიც ხელს უწყობს პოლიეთილენ ტერეფტალატის დაშლას მონომერებად ან მოკლე ქიმიურ შუალედურ ნივთებად. მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერითი აძლიერებს ჰიდროლიზს, გლიკოლიზს, მეთანოლიზს ან ფერმენტულ რეაქციებს PET ნაწილაკებსა და რეაქციულ საშუალებას შორის შერევის, მასის გადაცემისა და კონტაქტის გაუმჯობესებით.
როგორ აუმჯობესებს ულტრაფრქვი PET-ის გადამუშავებას?
ულტრაბგერა ქმნის აკუსტიკურ კავიტაციას სითხეებში. მიკროსკოპულური ბუშტების დაშლა წარმოქმნის ჭრილობით ძალებს, მიკროკაფსულებს, შოკური ტალღებს და ინტენსიურ ადგილობრივ मिश्रვევას. ეს ეფექტები განაახლებენ PET-ის ზედაპირს, აფრქვევენ ნაწილაკებსა და კატალიზატორებს, ამცირებენ დიფუზიის ბარიერებს და გაზრდიან ხელმისაწვდომი რეაქციული ფართობს, რაც პოტენციურად აჩქარებს დეპოლიმერიზაციას და აუმჯობესებს მონომერის აღდგენას.
შესაძლებელია ულტრაფრქვით PET-ის დეპოლიმერიზაცია ქიმიკატების ან ფერმენტების გარეშე?
ულტრაბგერა შეუძლია ნაწილაკების ფრაგმენტირება და შერეული პოლიმერული ჯაჭვების შეწყვეტა შესაფერის პირობებში, მაგრამ ჩვეულებრივ არ უზრუნველყოფს PET-ის არჩევით და სრულ დეპოლიმერიზაციას მარტო. მისი ძირითადი სამრეწველო როლი არის არსებული ქიმიური ან ფერმენტული გადამუშავების რეაქციის ინტენსიფიკაცია.
რომელი PET-ის გადამუშავების პროცესებს შეიძლება დაეხმაროს ულტრასონიკაციამ?
ულტრასონიკაციამ შეიძლება დაეხმაროს ტუტურ, მჟავურ ან ნეიტრალურ ჰიდროლიზს; ეთილენის გლიკოლთან ერთად გლიკოლიზს; მეტანოლიზს; კატალიზურ სოლვოლიზს; და ენზიმურ PET ჰიდროლიზს. შესაბამისი ულტრაბგერითი ინტენსივობა, ტემპერატურა, წნევა და verblijf-ის დრო დამოკიდებულია არჩეულ რეაქციაზე და სასურველ პროდუქტებზე.
რომელი პროდუქტები შეიძლება დაბრუნდეს ულტრასონიკური PET გადამუშავებიდან?
ჰიდროლიზი შეიძლება აღიდგინოს ტერეფთალური მჟავა და ეთილენის გლიკოლი, როდესაც გლიკოლიზი, როგორც წესი, აწარმოებს ბის(2-ჰიდროქსიეთილ) ტერეფთალატს, რომელიც ცნობილია როგორც BHET, ერთად მოკლე ოლიგომერებთან ერთად. მეტანოლიზი აწარმოებს დიმეთილ ტერეფთალატსა და ეთილენის გლიკოლს. წმენდის შემდეგ, ამ მასალებს შეიძლება გამოყენება ახალი პოლიმერების და სხვა ქიმიური პროდუქტების წარმოებაში.
შეიძლება ულტრაბგერა შეამციროს PET-ის დეპოლიმერიზაციის დრო ან ტემპერატურა?
ულტრაბგერა შეუძლია აჩქაროს ზედაპირული რეაქციები და შესაძლოა იძლევა მოკლე საცხოვრებლის დროს ან უფრო მსუბუქი დამუშავების პირობებს. რეალური გაუმჯობესება დამოკიდებულია PET-ის ნაწილაკების ზომაზე, კრისტალურობაზე, სოლიდების კონცენტრაციაზე, გამხსნარზე, კატალიზატორზე და რეაქტორის კონფიგურაციაზე. გავლენიანი ტესტირება აუცილებელია იმის განსასაზღვრად, შეუძლია თუ არა შემცირებული დრო ან ტემპერატურა ჯაფის ელექტროენერგიას, რომელიც საჭიროება სონიკაციისთვის, შეავსოს.
უნისონური დეპოლიმერიზაცია შესაფერისია მომხმარებლის მიერ გამოყენებული PET-ისთვის?
კი, ულტრაბგერით გაძლიერებული რეციკლირება შეუძლია დამუშავება ტრაბორირებული და ზომებით შემცირებული მომხმარებლის შემდეგ PET მასალა, მათ შორის ბოთლები, შეფუთვები და პოტენციურად პოლიესტერზე მდიდარი ტექსტილის ნარჩენები. მასალის კლასიფიკაცია და წინასწარი დამუშავება კვლავ მნიშვნელოვანი რჩება, რადგან საღებავები, მრავალშრიანი მასალები, სხვა პოლიიმერები, დანამატები და მტვერი შეიძლება გავლენა მოახდინონ რეაქციის ეფექტურობაზე და მონომერის სისუფთავეზე.
შეიძლება Hielscher-ის უახლესი სონიკატორების მასშტაბის გაზრდა და ატარება არსებული PET რეციკლირების ქარხნებში?
Hielscher inline sonicators მხარს უჭერენ ხაზოვან მასშტაბირებას განსაზღვრული პარამეტრების გადაცემით, როგორიცაა ამპლიტუდა, ენერგიის შეყვანა, წნევა, ტემპერატურა, ნაკადის სიჩქარე და ბინადრობის დრო საპილოტე ცდებიდან უფრო დიდ პროცესორებზე ან პარალელურ სონიკატორის კლასტერებზე. მათი კომპაქტური ნაკადის უჯრედის რეაქტორები შეიძლება ინტეგრირებული იყოს არსებულ PET-slurry გადაცემის ხაზში ან რეცირკულაციის მარყუჟში, რაც საშუალებას იძლევა შედარებით მარტივი გადაკეთება ქარხნის ძირითადი დეპოლიმერიზაციის რეაქტორის შეცვლის გარეშე.
შეუძლია თუ არა ულტრაბგერითი PET დეპოლიმერიზაციას მუდმივად მუშაობა?
დიახ. PET slury შეიძლება ამოტუმბული იყოს ულტრაბგერითი ნაკადის უჯრედის რეაქტორის მეშვეობით ერთი უღელტეხილით ან განმეორებით მიმოქცევაში, სანამ არ მიიღწევა ენერგიის სამიზნე დოზა ან კონვერტაცია. უწყვეტი შიდა ხმოვანი გამოსხივება უზრუნველყოფს კონტროლირებად ყოფნის დროს, რეპროდუცირებად დამუშავებას და უფრო მარტივ ინტეგრაციას სამრეწველო ტუმბოებთან, სითბოს გადამცვლელებთან, რეაქციის ჭურჭელთან და გამყოფ მოწყობილობებთან.
რომელი პარამეტრები აკონტროლებს ულტრაბგერითი PET დეპოლიმერიზაციას?
მნიშვნელოვანი ოპერაციული ცვლადები მოიცავს ულტრაბგერითი ამპლიტუდას, სპეციფიკურ ენერგიის შეყვანას, წნევას, ტემპერატურას, ნაკადის სიჩქარეს, ბინადრობის დროს, პულსის რეჟიმს, PET ნაწილაკების ზომას, მყარი ნივთიერებების დატვირთვას, კრისტალურობას და რეაქტორის გეომეტრიას. ქიმიური ცვლადები - მათ შორის გამხსნელის შემადგენლობა, კატალიზატორის კონცენტრაცია, pH და PET-რეაგენტის თანაფარდობა - უნდა იყოს ოპტიმიზირებული ულტრაბგერითი პირობებთან ერთად.
შეუძლია თუ არა ულტრაბგერას გააუმჯობესოს ფერმენტული PET გადამუშავება?
მოკლე, კონტროლირებადი sonication შეუძლია გააუმჯობესოს ფერმენტის დისპერსია, ფერმენტი-სუბსტრატის კონტაქტი, PET ზედაპირის ხელმისაწვდომობა და ხსნადი დეგრადაციის პროდუქტების გამოყოფა. გადაჭარბებულმა ულტრაბგერითი ინტენსივობამ ან ხანგრძლივმა ზემოქმედებამ შეიძლება გამოუშვას ფერმენტი, ამიტომ პულსირებული გაჟონვა ან ხანმოკლე აქტივაციის ფაზა ხშირად სასურველია უწყვეტ მკურნალობას. დაწვრილებით!
ალტრასონიკური PET-ის რეციკლირება ეკოლოგიურად მდგრადია?
ალტრასონიკური დამუშავება შეუძლია მდგრადობის გაუმჯობესება, როცა სწრაფი რეაქციები, დაბალი ტემპერატურები, შემცირებული კატალიზატორის მოხმარება, მაღალი მონომერის გამოშვება ან მცირე რეაქტორები აღემატება სონიკატორის მიერ გამოყენებულ ელექტროენერგიას. სრული შეფასება ასევე უნდა მოიცავდეს საწყის მასალებზე წინასწარ მომზადებას, ღრუბლადი და რეაგენტის მიღებას, პროდუქტის განსუფთავებას, წყალსაწვავის წარმოქმნას და ელექტროენერგიის ნახშირის ინტენსივობას.
ალტრასონიკური ქიმიური რეციკლირება როგორ განსხვავდება მექანიკური PET რეციკლირებისგან?
მექანიკური გადამუშავება რეცხავს, დნება და ახდენს PET-ს, ხოლო დიდწილად ინარჩუნებს პოლიმერულ ჯაჭვებს. ულტრაბგერითი ქიმიური გადამუშავება ხელს უწყობს ამ ჯაჭვების დაშლას მონომერებად ან შუალედურ პროდუქტებად, რომელთა გაწმენდა და რეპოლიმერიზაცია შესაძლებელია. ამიტომ ის შეიძლება სასარგებლო იყოს PET ნაკადებისთვის, რომელთა მექანიკურად გადამუშავება რთულია ფერის, დაბინძურების, დეგრადაციის ან პროდუქტის ხარისხის მოთხოვნების გამო.
ლიტერატურა / ლიტერატურა
- 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 აწარმოებს მაღალი ხარისხის ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორებისგან ლაბორატორია რომ სამრეწველო ზომა.