ულტრაბგერითი დახმარებით ჩატარებული ტუტე ჰიდროლიზი PET-ის რეციკლირებისთვის
ტუტე ჰიდროლიზი არის ეფექტური მეთოდი ნარჩენი პოლიეთილენ ტერეფთალატის (PET) დეპოლიმერიზაციისთვის. პროცესი PET-ს გარდაქმნის ტერეფთალატის მარილებად, რომლებიც შემდგომში შეიძლება გამჟავდეს მაღალი სიწმინდის ტერეფთალური მჟავის (TPA) მისაღებად, ახალი PET-ისა და სხვა პოლიესტერის მასალების წარმოებაში გამოსაყენებლად. მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერა, ანუ ულტრაბგერითი დამუშავება, აუმჯობესებს შერევას და მასათა გადატანას და შეუძლია მნიშვნელოვნად გააჩქაროს PET-ის ჰიდროლიზი. გაიგეთ, თუ როგორ შეუძლია ულტრაბგერით დამუშავებას გახადოს PET-ის რეციკლირება უფრო სწრაფი და ეფექტური.
მდგრადი, ეფექტური მიდგომა პოლიეთილენ ტერეფთალატის დეპოლიმერიზაციისთვის ულტრაბგერითი ენერგიის გამოყენებით
ჰიდროლიზის დროს PET რეაგირებს წყალთან მჟავე, ნეიტრალურ ან ტუტე პირობებში, რის შედეგადაც მიიღება ტერეფთალური მჟავა (TPA) და ეთილენგლიკოლი (EG). ტრადიციულ ჰიდროლიზს შეიძლება სჭირდებოდეს მაღალი ტემპერატურა, გაზრდილი წნევა, კონცენტრირებული რეაგენტები ან რეაქტორში დაყოვნების ხანგრძლივი დრო, რადგან რეაქცია მიმდინარეობს შედარებით მდგრადი მყარი პოლიმერისა და თხევადი ფაზის საზღვარზე. ულტრაბგერითი დამუშავებით გამოწვეულ შერევას შეუძლია გააჩქაროს ეს ფაზათაშორისი რეაქცია, გააუმჯობესოს ფაზათაშორისი გადატანის კატალიზი და უზრუნველყოს კონვერსიის უფრო მაღალი ხარისხი უფრო რბილ რეაქციულ პირობებში.
მოგვწერეთ თქვენი PET-ის საწყისი მასალისა და რეაქციის პირობების შესახებ. ჩვენი ულტრაბგერითი დამუშავების სპეციალისტები შეგირჩევენ ოპტიმალურ სონიკატორსა და რეაქტორის კონფიგურაციას თქვენი რეციკლირების პროცესისთვის.
სამრეწველო სონიკატორი UIP1600hdT აძლიერებს პოლიეთილენ ტერეფთალატის (PET) დეპოლიმერიზაციას გაუმჯობესებული რეციკლირებისთვის
მეცნიერული შედეგები: ულტრაბგერითი დამუშავება აუმჯობესებს PET-ის რეციკლირებას
ულტრაბგერითი დამუშავება აჩქარებს სუფთა მონომერის მიღებას დაბალტემპერატურულ არაწყლოვან გარემოში
2017 წელს გამოქვეყნებული ბოგლისა და პანდიტის კვლევა აჩვენებს, რომ 20 kHz ულტრაბგერის გამოყენება მნიშვნელოვნად აძლიერებს ნარჩენი PET-ის ტუტე ჰიდროლიზს, განსაკუთრებით არაწყლოვან მეთანოლურ გარემოში. მკვლევრებმა დაადგინეს, რომ ულტრაბგერის გამოყენებით PET-ის კონვერსიამ 60 წუთში 50°C-ზე 69% შეადგინა, მაშინ როცა ულტრაბგერითი დამუშავების გარეშე მხოლოდ 46% იყო. ეს პროცესი უფრო რბილ პირობებში სუფთა ტერეფთალური მჟავის (TA) მიღების საშუალებას იძლევა და მოხმარების შემდგომი PET-ის ნარჩენების დამუშავებისთვის ახალ, გამხსნელის გარეშე სტრატეგიას გვთავაზობს. კვლევა ხაზს უსვამს, რომ ულტრაბგერითი მიკროშერევა ზრდის PET-ისა და ტუტის მოლეკულების შეჯახების სიხშირეს, რითაც ზრდის რეაქციის სიჩქარეს და დეპოლიმერიზაციის პროცესს უფრო ეკონომიკურად ხელსაყრელს ხდის ფართომასშტაბიანი რეციკლირებისთვის.
ულტრაბგერითი დამუშავება მკვეთრად ამცირებს რეაქციის დროსა და დამუშავების ხარჯებს
2013 წელს გამოქვეყნებული პალივალისა და მუნგრაის კვლევა აჩვენებს, რომ ულტრაბგერის გამოყენება მკვეთრად ამცირებს PET-ის ტუტე ჰიდროლიზისთვის საჭირო რეაქციის დროს ფაზათაშორისი გადატანის კატალიზატორის არსებობისას. მაშინ როცა ტრადიციულ მეთოდს PET-ის ტერეფთალურ მჟავად 100% კონვერსიის მისაღწევად 65 წუთზე მეტი სჭირდებოდა, ულტრაბგერითი დამუშავებით ხელშეწყობილი პროცესის დროს რეაქცია მხოლოდ 45 წუთში სრულდებოდა. კვლევა ადასტურებს, რომ ულტრაბგერა არ ცვლის რეაქციის შინაგან მექანიზმს, მაგრამ მნიშვნელოვნად ზრდის რეაქციის სიჩქარეს კავიტაციისა და მასათა გადატანის გაძლიერებით. ეფექტურობის ეს მატება ძალიან მნიშვნელოვანია რეციკლირების ინდუსტრიისთვის, რადგან ამცირებს დამუშავების ხარჯებსა და ენერგიის მოთხოვნას, რითაც ქიმიურ რეციკლირებას უფრო კონკურენტუნარიანს ხდის პირველადი მასალის წარმოებასთან შედარებით.
ულტრაბგერითი დამუშავება აუმჯობესებს ფერმენტულ ხელმისაწვდომობას ზედაპირის მოდიფიკაციის გზით
2016 წელს გამოქვეყნებულმა პელისისა და მისი კოლეგების კვლევამ შეისწავლა ულტრაბგერის სინერგიული ეფექტი ფერმენტულ ჰიდროლიზზე და აჩვენა, რომ ულტრაბგერითი დამუშავება ზრდის PET-ის ზედაპირის ფართობს მიკროხორკლიანობისა და დეფექტების შექმნის გზით. ეს ფიზიკური მოდიფიკაცია პოლიმერულ ჯაჭვებს ფერმენტებისთვის უფრო ხელმისაწვდომს ხდის, რაც მნიშვნელოვნად ზრდის ფერმენტული დეპოლიმერიზაციის ეფექტურობას. ქიმიური და ბიოლოგიური რეციკლირების მეთოდების დაკავშირებით ეს მიდგომა გვთავაზობს უფრო ეკოლოგიურად სუფთა ალტერნატივას, რომელიც ტრადიციულ ტუტე ჰიდროლიზთან შედარებით უფრო რბილ პირობებში მიმდინარეობს და პოტენციურად ამცირებს ენერგიის მოხმარებას, ამასთან ინარჩუნებს მონომერების მიღების მაღალ მაჩვენებლებს წრიული ეკონომიკისთვის.
გაიგეთ მეტი ულტრაბგერითი დამუშავებისა და ფერმენტ კუტინაზის სინერგული გამოყენების შესახებ PET-ის რეციკლირებაში!
წრფივი მასშტაბირება და მარტივი ინტეგრაცია ქარხანაში
Hielscher-ის ტექნოლოგიურ ხაზში ჩასართავი სონიკატორები შექმნილია წრფივი მასშტაბირებისთვის განსაზღვრული პარამეტრების შენარჩუნებით – როგორიცაა ამპლიტუდა, ენერგიის მიწოდება, წნევა, ტემპერატურა, მოცულობითი ხარჯი და დაყოვნების დრო – ულტრაბგერითი სიმძლავრის ზრდის ან რამდენიმე დანადგარის პარალელურად მუშაობისას. კომპაქტური გამდინარე კამერის რეაქტორები შეიძლება დამონტაჟდეს PET-ის სუსპენზიის გადატანის ხაზში ან რეცირკულაციის კონტურში, რაც შედარებით მარტივს ხდის ულტრაბგერითი დამუშავების დანერგვას არსებულ რეციკლირების საწარმოში მისი მთავარი დეპოლიმერიზაციის ჭურჭლის ან შემდგომი გამოყოფის აღჭურვილობის შეცვლის გარეშე.
სამრეწველო სონიკატორი UIP6000hdT გამდინარე კამერით ტექნოლოგიურ ხაზში დეპოლიმერიზაციისთვის
სამრეწველო პროცესის კონფიგურაცია
ულტრაბგერის გამოყენებით PET-ის რეციკლირების ხაზი, როგორც წესი, იწყება დახარისხებით, რეცხვით და ზომის შემცირებით. PET-ის ფანტელები ერევა შერჩეულ რეაქციულ გარემოს და ტუმბოს საშუალებით გაივლის ულტრაბგერით გამდინარე რეაქტორს, ერთხელ ან რეცირკულაციის კონტურში მრავალჯერ. დამუშავებული სუსპენზია შემდეგ შედის ან ბრუნდება მთავარ დეპოლიმერიზაციის რეაქტორში.
ჰიდროლიზის შემთხვევაში შემდგომი ტექნოლოგიური ეტაპები შეიძლება მოიცავდეს რეაქციაში შეუსვლელი მყარი ნივთიერებების მოცილებას, ტერეფთალატის მარილების გამჟავებას, TPA-ს კრისტალიზაციას, რეცხვას და EG-ის მიღებას. გლიკოლიზი მოითხოვს BHET-ისა და ოლიგომერების გამოყოფასა და გასუფთავებას, ხოლო ფერმენტული პროცესები მოითხოვს ფერმენტების მართვას და ჰიდროლიზის ხსნადი პროდუქტების მიღებას. ტექნოლოგიურ ხაზში დამონტაჟებულ საზომ ხელსაწყოებს შეუძლიათ აკონტროლონ ტემპერატურა, წნევა, ნაკადი და მიწოდებული ულტრაბგერითი ენერგია, რაც საშუალებას იძლევა დამუშავება გამოისახოს PET-ის მასის ერთეულზე ენერგიის განმეორებადი დოზით.
სამრეწველო ულტრაბგერითი რეაქტორი ტექნოლოგიურ ხაზში PET-ის დეპოლიმერიზაციისთვის
ხშირად დასმული კითხვები ულტრაბგერითი PET-ის დეპოლიმერიზაციის შესახებ
რა არის ულტრაბგერითი PET-ის დეპოლიმერიზაცია?
ულტრაბგერითი PET-ის დეპოლიმერიზაცია არის ულტრაბგერითი დახმარებით რეციკლირების პროცესი, რომელიც ხელს უწყობს პოლიეთილენ ტერეფტალატის მონომერებად ან უფრო მოკლე ქიმიურ შუალედურ პროდუქტებად დაშლას. მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერა აძლიერებს ჰიდროლიზს, გლიკოლიზს, მეთანოლიზს ან ფერმენტულ რეაქციებს, აუმჯობესებს შერევას, მასის გადატანას და კონტაქტს PET-ის ნაწილაკებსა და რეაქციულ გარემოს შორის.
როგორ აუმჯობესებს ულტრაბგერა PET-ის რეციკლირებას?
ულტრაბგერა ქმნის აკუსტიკურ კავიტაციას სითხეებში. მიკროსკოპული ბუშტუკების კოლაფსი წარმოქმნის ძვრის ძალებს, მიკროჭავლებს, დარტყმით ტალღებს და ინტენსიურ ადგილობრივ შერევას. ეს ეფექტები აახლებს PET-ის ზედაპირს, ახდენს ნაწილაკებისა და კატალიზატორების დისპერგირებას, ამცირებს დიფუზიის ბარიერებს და ზრდის რეაქციისთვის ხელმისაწვდომ ფართობს, რაც პოტენციურად აჩქარებს დეპოლიმერიზაციას და აუმჯობესებს მონომერების მიღებას.
შეუძლია თუ არა ულტრაბგერას PET-ის დეპოლიმერიზაცია ქიმიკატების ან ფერმენტების გარეშე?
ულტრაბგერას შეუძლია დაანაწევროს ნაწილაკები და გამოიწვიოს პოლიმერული ჯაჭვის შეზღუდული გაწყვეტა შესაბამის პირობებში, მაგრამ ჩვეულებრივ, თავისთავად არ უზრუნველყოფს PET-ის სელექციურ და სრულ დეპოლიმერიზაციას. მისი ძირითადი სამრეწველო როლია დამკვიდრებული ქიმიური ან ფერმენტული რეციკლირების რეაქციის ინტენსიფიკაცია.
PET-ის რეციკლირების რომელ პროცესებს შეიძლება დაეხმაროს ულტრაბგერითი დამუშავება?
ულტრაბგერითი დამუშავება შეიძლება დაეხმაროს ტუტე, მჟავე ან ნეიტრალურ ჰიდროლიზს; ეთილენ გლიკოლით გლიკოლიზს; მეთანოლიზს; კატალიზურ სოლვოლიზს; და ფერმენტულ PET-ის ჰიდროლიზს. შესაბამისი ულტრაბგერითი ინტენსივობა, ტემპერატურა, წნევა და რეზიდენციის დრო დამოკიდებულია შერჩეულ რეაქციასა და სასურველ პროდუქტებზე.
რა პროდუქტების მიღებაა შესაძლებელი ულტრაბგერითი PET რეციკლირებისას?
ჰიდროლიზის შედეგად შესაძლებელია ტერეფთალური მჟავისა და ეთილენგლიკოლის მიღება, ხოლო გლიკოლიზისას, როგორც წესი, მიიღება ბის(2-ჰიდროქსიეთილ) ტერეფთალატი, რომელიც ცნობილია BHET-ის სახელით, ასევე უფრო მოკლე ოლიგომერები. მეთანოლიზის შედეგად მიიღება დიმეთილ ტერეფთალატი და ეთილენგლიკოლი. გასუფთავების შემდეგ ეს მასალები შეიძლება გამოყენებულ იქნეს ახალი პოლიმერებისა და სხვა ქიმიური პროდუქტების წარმოებისთვის.
შეუძლია თუ არა ულტრაბგერას შეამციროს PET დეპოლიმერიზაციის დრო ან ტემპერატურა?
ულტრაბგერას შეუძლია გააჩქაროს ფაზათაშორისი რეაქციები და შესაძლოა უზრუნველყოს დაყოვნების უფრო მოკლე დრო ან უფრო რბილი დამუშავების პირობები. რეალური გაუმჯობესება დამოკიდებულია PET-ის ნაწილაკების ზომაზე, კრისტალურობაზე, მყარი ნივთიერებების კონცენტრაციაზე, გამხსნელზე, კატალიზატორსა და რეაქტორის კონფიგურაციაზე. აუცილებელია საპილოტე გამოცდა იმის დასადგენად, ანაზღაურებს თუ არა დროის ან ტემპერატურის შემცირებით მიღებული სარგებელი ულტრაბგერითი დამუშავებისთვის საჭირო დამატებითი ელექტროენერგიის დანახარჯს.
არის თუ არა ულტრაბგერითი დეპოლიმერიზაცია შესაფერისი მოხმარების შემდგომი PET-ისთვის?
დიახ, ულტრაბგერითი დახმარებით რეციკლირებას შეუძლია გარეცხილი და დაქუცმაცებული მოხმარების შემდგომი PET-ის დამუშავება, მათ შორის ბოთლების, შეფუთვისა და, შესაძლოა, პოლიესტერით მდიდარი ტექსტილის ნარჩენების. საწყისი მასალის სორტირება და წინასწარი დამუშავება კვლავ მნიშვნელოვანია, რადგან საღებავები, მრავალშრიანი მასალები, სხვა პოლიმერები, დანამატები და სიბინძურე შეიძლება გავლენას ახდენდეს რეაქციის ეფექტურობასა და შემდგომი მონომერების სიწმინდეზე.
შესაძლებელია თუ არა Hielscher ინლაინ ულტრაბგერითი სონიკატორების მასშტაბირება და არსებულ PET რეციკლირების ქარხნებში ინტეგრაცია?
Hielscher ინლაინ ულტრაბგერითი სონიკატორები უზრუნველყოფენ წრფივ მასშტაბირებას განსაზღვრული პარამეტრების გადატანით, როგორიცაა ამპლიტუდა, ენერგიის შეყვანა, წნევა, ტემპერატურა, მოცულობითი ხარჯი და რეზიდენციის დრო, საცდელი პილოტური პროცესებიდან უფრო დიდ პროცესორებზე ან პარალელურ სონიკატორთა კლასტერებზე. მათი კომპაქტური ნაკადის უჯრედის რეაქტორები შესაძლებელია ინტეგრირებული იქნას არსებულ PET-სლარის გადაცემის ხაზში ან რეცირკულაციის მარყუჟში, რაც უზრუნველყოფს შედარებით მარტივ რეტროფიტს ქარხნის ძირითადი დეპოლიმერიზაციის რეაქტორის ჩანაცვლების გარეშე.
შესაძლებელია თუ არა ულტრაბგერითი PET დეპოლიმერიზაციის უწყვეტი რეჟიმით მუშაობა?
დიახ. PET სლარი შესაძლებელია გაივლოს ულტრაბგერითი ნაკადის უჯრედის რეაქტორში ერთი გასვლითი ციკლით ან ცირკულირებდეს მრავალჯერად სანამ არ მიიღწევა საჭირო ენერგიის დოზა ან კონვერსია. უწყვეტი ინლაინ ულტრაბგერითი დამუშავება უზრუნველყოფს კონტროლირებად რეზიდენციის დროს, გამეორებად დამუშავებას და უფრო მარტივ ინტეგრაციას სამრეწველო ნასოსებთან, სითბომცვლელებთან, რეაქციის ჭურჭლებთან და სეპარაციის მოწყობილობებთან.
რომელი პარამეტრები აკონტროლებენ ულტრაბგერით PET დეპოლიმერიზაციას?
მნიშვნელოვანი ექსპლუატაციური ცვლადები მოიცავს ულტრაბგერით ამპლიტუდას, სპეციფიკურ ენერგიის შეყვანას, წნევას, ტემპერატურას, მოცულობით ხარჯს, რეზიდენციის დროს, იმპულსურ რეჟიმს, PET ნაწილაკების ზომას, მყარი ნივთიერებების დატვირთვას, კრისტალურობას და რეაქტორის გეომეტრიას. ქიმიური ცვლადები – მათ შორის გამხსნელის შემადგენლობა, კატალიზატორის კონცენტრაცია, pH და PET-ის რეაგენტთან შეფარდება – უნდა იყოს ოპტიმიზირებული ულტრაბგერით პირობებთან ერთად.
შეუძლია თუ არა ულტრაბგერას გააუმჯობესოს ფერმენტული PET რეციკლირება?
მოკლე, კონტროლირებადი ულტრაბგერითი დამუშავება შეიძლება გააუმჯობესოს ფერმენტის დისპერსია, ფერმენტ–სუბსტრატის კონტაქტი, PET ზედაპირის ხელმისაწვდომობა და ხსნადი დეგრადაციის პროდუქტების გამოყოფა. ზედმეტი ულტრაბგერითი ინტენსივობა ან ხანგრძლივი ექსპოზიცია შეიძლება დააინაქტიუროს ფერმენტი, ამიტომ იმპულსური ულტრაბგერითი დამუშავება ან მოკლე აქტივაციის ფაზა ხშირად უფრო მიზანშეწონილია, ვიდრე უწყვეტი დამუშავება. გაიგეთ მეტი!
არის თუ არა ულტრაბგერითი PET რეციკლირება ეკოლოგიურად მდგრადი?
ულტრაბგერითი დამუშავება შეიძლება გააუმჯობესოს მდგრადობა, როდესაც უფრო სწრაფი რეაქციები, უფრო დაბალი ტემპერატურები, კატალიზატორის ნაკლები მოხმარება, მონომერების უფრო მაღალი გამოსავლიანობა ან უფრო მცირე რეაქტორები აღემატება სონიკატორის მიერ გამოყენებულ ელექტროენერგიას. სრული შეფასება უნდა მოიცავდეს საწყისი მასალის წინასწარ დამუშავებას, გამხსნელისა და რეაგენტების აღდგენას, პროდუქტის გასუფთავებას, ნარჩენი წყლების წარმოქმნას და ელექტროენერგიის მიწოდების ნახშირბადის ინტენსივობას.
რა განსხვავებაა ულტრაბგერით ქიმიურ რეციკლირებასა და მექანიკურ PET რეციკლირებას შორის?
მექანიკური რეციკლირება აწმენდს, ანადნობს და აღადგენს PET-ს, ძირითადად შენარჩუნებული პოლიმერული ჯაჭვებით. ულტრაბგერითი ქიმიური რეციკლირება ხელს უწყობს ამ ჯაჭვების მონომერებად ან შუალედურ პროდუქტებად დაშლას, რომლებიც შეიძლება გაიწმინდოს და რეპოლიმერიზდეს. შესაბამისად, ის შეიძლება იყოს სასარგებლო PET-ის იმ ნაკადებისთვის, რომელთა მექანიკურად რეციკლირება რთულია ფერის, დაბინძურების, დეგრადაციის ან პროდუქტის ხარისხის მოთხოვნების გამო.
ლიტერატურა / წყაროები
- 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 წარმადობის ულტრაბგერით ჰომოგენიზატორებს ლაბორატორიული დან სამრეწველო ზომამდე.