📄Работа №102408
Тема: ТЕРМИЧЕСКИЙ СОЛЬВОЛИЗ ПОЛИКАРБОНАТА В КАМЕННОУГОЛЬНОМ ПЕКЕ
Характеристики работы
Тип работы
Авторефераты (РГБ)
Предмет
Химия
Объем:
24 листов
Год:
2018
Просмотров:
198
250
руб.
🛒 Купить работу
Не подходит эта работа?
Закажите новую по вашим требованиям
Узнать цену на написание
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.
📋 Содержание
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ПУБЛИКАЦИИ
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ПУБЛИКАЦИИ
📖 Введение
Актуальность и степень разработанности темы исследования
В мире ежегодно производится более 3,3 миллионов тонн поликарбоната, и его производство с каждым годом увеличивается на 7%, поэтому утилизация изделий из поликарбоната становится актуальной проблемой.
Перспективным методом переработки отработанных полимеров является пиролиз, позволяющий получить из макромолекулярных веществ низкомолекулярные органические соединения, используемые в топливном направлении или как химическое сырье.
Особенностью термической деструкции поликарбоната, которая происходит при температурах выше 450°С, является образование 20-30% твердого углеродистого остатка, наряду с газообразными (преимущественно СО, СО2, СН4) и жидкими продуктами. Высокий выход твердого остатка и низкая селективность по органическим продуктам препятствуют использованию пиролиза для утилизации отработанного поликарбоната.
Проведение пиролиза полимеров в растворителях при атмосферном давлении позволяет улучшить условия массо- и теплопередачи в реакционной среде, неблагоприятные вследствие высокой вязкости расплавов полимеров, и, следовательно, снизить температуру процесса. Кроме того, растворитель может вступать в химическое взаимодействие с исходным полимером и продуктами его деструкции, оказывая влияние на скорость и селективность пиролиза.
Пиролиз поликарбоната в растворителях мало изучен, в качестве растворителей использовались растительное масло, гликоли, углеводороды: тетралин, декалин, циклогексан. Ранее в качестве растворителя для пиролиза полимеров (поливинилхлорид, полистирол, полиэтилен) был предложен остаток дистилляции каменноугольной смолы - каменноугольный пек, однако для поликарбоната каменноугольный пек в качестве растворителя не использовался. В связи с возросшим производством и потреблением поликарбоната исследование термического сольволиза отработанного поликарбоната в среде каменноугольного пека является актуальным и своевременным.
Цель работы - изучение термического сольволиза поликарбоната в среде каменноугольного пека при атмосферном давлении для разработки способа утилизации отработанного полимера и получения коммерческих продуктов.
Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие основные задачи:
1. Сравнение основных закономерностей термической деструкции поликарбоната и термического сольволиза поликарбоната в среде каменноугольного пека при атмосферном давлении.
2. Исследование состава и характеристик продуктов, получаемых при термическом сольволизе поликарбоната в среде каменноугольного пека.
3. Формирование представлений о механизме термического сольволиза поликарбоната в среде каменноугольного пека.
4. Разработка направлений практического использования продуктов термического сольволиза.
5. Разработка способа утилизации отработанных СИ и ИУО дисков, основу которых составляет поликарбонат.
Научная новизна работы и теоретическая значимость
Впервые установлено, что проведение пиролиза поликарбоната в среде каменноугольного пека при атмосферном давлении позволяет снизить температуру деструкции полимера, увеличить выход дистиллятных продуктов (фенола и п- изопропилфенола), по сравнению с пиролизом поликарбоната, и модифицировать каменноугольный пек.
Впервые установлено, что проведение пиролиза поликарбоната в среде каменноугольного пека при атмосферном давлении изменяет механизм термической деструкции полимера. В отличие от термической деструкции поликарбоната, при которой распад полимерной цепи начинается с изопропилиденовой связи, в среде каменноугольного пека этот процесс начинается с карбонатной группы.
Показано, что перенос водорода от каменноугольного пека стабилизирует продукты термической деструкции поликарбоната с образованием фенольных соединений, а также приводит к увеличению степени конденсированности каменноугольного пека.
Практическая значимость работы
В работе предложен способ пиролитической утилизации поликарбоната в среде каменноугольного пека при атмосферном давлении позволяющий увеличить селективность по фенольным продуктам деструкции, а также получить модифицированный каменноугольный пек.
Показана возможность частичной замены синтетического фенола на фенольные продукты деструкции поликарбоната в сырье для получения фенолформальдегидных смол.
Показана возможность получения изотропного кокса из модифицированного каменноугольного пека.
Разработан способ получения из модифицированного каменноугольного пека высокоэффективных сорбентов.
Положения, выносимые на защиту:
1. Сравнение основных закономерностей термической деструкции поликарбоната и термического сольволиза поликарбоната в среде каменноугольного пека при атмосферном давлении.
2. Результаты исследования состава и характеристик продуктов термического сольволиза поликарбоната в среде каменноугольного пека.
3. Представления о механизме термического сольволиза поликарбоната в среде каменноугольного пека.
4. Результаты исследования возможности использования продуктов термического сольволиза поликарбоната в среде каменноугольного пека для получения фенольных продуктов и углеродных материалов.
5. Способ утилизации отработанных СП и ПУП дисков.
Личный вклад автора
Автором составлен литературный обзор, на всех этапах диссертант принимал непосредственное участие в постановке задач, в выборе объектов и методов исследования, в обсуждении полученных результатов, вся экспериментальная часть работы по пиролизу поликарбоната и бисфенола А и получению активированных углей выполнена автором самостоятельно.
Методология и методы исследования
Для установления состава летучих продуктов термического сольволиза был использован комплекс физико-химических методов: ГЖХ-МС, термогравиметрический анализ с ИК спектроскопией выполненные в Центре коллективного пользования «Спектроскопия и анализ органических соединений» при ИОС УрО РАН. Для определения свойства твердого остатка термического сольволиза были использованы: анализ по ГОСТ 10200-83, элементный анализ, ИК спектроскопия.
Степень достоверности результатов
Применены современные методы исследования. Анализ состава полученных продуктов термического сольволиза осуществлялся на сертифицированных и поверенных приборах Центра коллективного пользования «Спектроскопия и анализ органических соединений».
Апробация результатов диссертационной работы
Материалы диссертации представлены на 3 международных (Пермь, Россия, 2012, 2014, 2016) и 6 всероссийских (Кемерово, 2013, 2014, 2015; Екатеринбург, 2013; Москва, 2014; Сыктывкар, 2013) конференциях.
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 15 научных трудов, в том числе: 3 статьи в рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК для размещения материалов диссертаций, 11 тезисов докладов в материалах конференций, получен 1 патент РФ на изобретение.
Объем и структура работы
Диссертационная работа состоит из введения, семи глав, выводов, списка литературы из 142 ссылок на литературные источники и 2 приложений. Работа изложена на 122 страницах, содержит 22 рисунка, 20 таблиц и 17 схем.
Настоящая работа выполнена как часть плановых научно-исследовательских работ, проводимых в ИОС УрО РАН по теме «Создание универсальных подходов к переработке техногенных и полимерных отходов как способов их обезвреживания и получения на их основе пригодных для техники материалов» (гос. рег. № 115030310084), и по проектам государственного задания «Термический сольволиз термореактивных полимеров с фенольными структурами в высококипящих растворителях» (гос. рег. № АААА-А16- 116051110066-4).
Работа выполнена с использованием оборудования Центра коллективного пользования «Спектроскопия и анализ органических соединений».
Автор выражает свою благодарность д.х.н. профессору Е.И. Андрейкову за поддержку исследований и помощь в постановке задач и в обсуждении результатов; с.н.с. М.Г. Первовой за идентификацию жидких продуктов пиролиза в условиях ГХ-МС; м.н.с. А.В. Мехаеву за проведение термогравиметрического анализа с ИК-Фурье спектроскопией; к.х.н О.В. Коряковой за регистрацию ИК -Фурье спектров; сотрудникам группы элементного анализа за определение элементного анализа; м.н.с. И.В. Москалеву (ИТХ УрО РАН) за определение микроструктуры коксов; к.х.н начальнику Центральной лаборатории. Д.П. Трошину (ОАО «УРАЛХИМПЛАСТ») за проведение испытаний фенольной фракции.
В мире ежегодно производится более 3,3 миллионов тонн поликарбоната, и его производство с каждым годом увеличивается на 7%, поэтому утилизация изделий из поликарбоната становится актуальной проблемой.
Перспективным методом переработки отработанных полимеров является пиролиз, позволяющий получить из макромолекулярных веществ низкомолекулярные органические соединения, используемые в топливном направлении или как химическое сырье.
Особенностью термической деструкции поликарбоната, которая происходит при температурах выше 450°С, является образование 20-30% твердого углеродистого остатка, наряду с газообразными (преимущественно СО, СО2, СН4) и жидкими продуктами. Высокий выход твердого остатка и низкая селективность по органическим продуктам препятствуют использованию пиролиза для утилизации отработанного поликарбоната.
Проведение пиролиза полимеров в растворителях при атмосферном давлении позволяет улучшить условия массо- и теплопередачи в реакционной среде, неблагоприятные вследствие высокой вязкости расплавов полимеров, и, следовательно, снизить температуру процесса. Кроме того, растворитель может вступать в химическое взаимодействие с исходным полимером и продуктами его деструкции, оказывая влияние на скорость и селективность пиролиза.
Пиролиз поликарбоната в растворителях мало изучен, в качестве растворителей использовались растительное масло, гликоли, углеводороды: тетралин, декалин, циклогексан. Ранее в качестве растворителя для пиролиза полимеров (поливинилхлорид, полистирол, полиэтилен) был предложен остаток дистилляции каменноугольной смолы - каменноугольный пек, однако для поликарбоната каменноугольный пек в качестве растворителя не использовался. В связи с возросшим производством и потреблением поликарбоната исследование термического сольволиза отработанного поликарбоната в среде каменноугольного пека является актуальным и своевременным.
Цель работы - изучение термического сольволиза поликарбоната в среде каменноугольного пека при атмосферном давлении для разработки способа утилизации отработанного полимера и получения коммерческих продуктов.
Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие основные задачи:
1. Сравнение основных закономерностей термической деструкции поликарбоната и термического сольволиза поликарбоната в среде каменноугольного пека при атмосферном давлении.
2. Исследование состава и характеристик продуктов, получаемых при термическом сольволизе поликарбоната в среде каменноугольного пека.
3. Формирование представлений о механизме термического сольволиза поликарбоната в среде каменноугольного пека.
4. Разработка направлений практического использования продуктов термического сольволиза.
5. Разработка способа утилизации отработанных СИ и ИУО дисков, основу которых составляет поликарбонат.
Научная новизна работы и теоретическая значимость
Впервые установлено, что проведение пиролиза поликарбоната в среде каменноугольного пека при атмосферном давлении позволяет снизить температуру деструкции полимера, увеличить выход дистиллятных продуктов (фенола и п- изопропилфенола), по сравнению с пиролизом поликарбоната, и модифицировать каменноугольный пек.
Впервые установлено, что проведение пиролиза поликарбоната в среде каменноугольного пека при атмосферном давлении изменяет механизм термической деструкции полимера. В отличие от термической деструкции поликарбоната, при которой распад полимерной цепи начинается с изопропилиденовой связи, в среде каменноугольного пека этот процесс начинается с карбонатной группы.
Показано, что перенос водорода от каменноугольного пека стабилизирует продукты термической деструкции поликарбоната с образованием фенольных соединений, а также приводит к увеличению степени конденсированности каменноугольного пека.
Практическая значимость работы
В работе предложен способ пиролитической утилизации поликарбоната в среде каменноугольного пека при атмосферном давлении позволяющий увеличить селективность по фенольным продуктам деструкции, а также получить модифицированный каменноугольный пек.
Показана возможность частичной замены синтетического фенола на фенольные продукты деструкции поликарбоната в сырье для получения фенолформальдегидных смол.
Показана возможность получения изотропного кокса из модифицированного каменноугольного пека.
Разработан способ получения из модифицированного каменноугольного пека высокоэффективных сорбентов.
Положения, выносимые на защиту:
1. Сравнение основных закономерностей термической деструкции поликарбоната и термического сольволиза поликарбоната в среде каменноугольного пека при атмосферном давлении.
2. Результаты исследования состава и характеристик продуктов термического сольволиза поликарбоната в среде каменноугольного пека.
3. Представления о механизме термического сольволиза поликарбоната в среде каменноугольного пека.
4. Результаты исследования возможности использования продуктов термического сольволиза поликарбоната в среде каменноугольного пека для получения фенольных продуктов и углеродных материалов.
5. Способ утилизации отработанных СП и ПУП дисков.
Личный вклад автора
Автором составлен литературный обзор, на всех этапах диссертант принимал непосредственное участие в постановке задач, в выборе объектов и методов исследования, в обсуждении полученных результатов, вся экспериментальная часть работы по пиролизу поликарбоната и бисфенола А и получению активированных углей выполнена автором самостоятельно.
Методология и методы исследования
Для установления состава летучих продуктов термического сольволиза был использован комплекс физико-химических методов: ГЖХ-МС, термогравиметрический анализ с ИК спектроскопией выполненные в Центре коллективного пользования «Спектроскопия и анализ органических соединений» при ИОС УрО РАН. Для определения свойства твердого остатка термического сольволиза были использованы: анализ по ГОСТ 10200-83, элементный анализ, ИК спектроскопия.
Степень достоверности результатов
Применены современные методы исследования. Анализ состава полученных продуктов термического сольволиза осуществлялся на сертифицированных и поверенных приборах Центра коллективного пользования «Спектроскопия и анализ органических соединений».
Апробация результатов диссертационной работы
Материалы диссертации представлены на 3 международных (Пермь, Россия, 2012, 2014, 2016) и 6 всероссийских (Кемерово, 2013, 2014, 2015; Екатеринбург, 2013; Москва, 2014; Сыктывкар, 2013) конференциях.
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 15 научных трудов, в том числе: 3 статьи в рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК для размещения материалов диссертаций, 11 тезисов докладов в материалах конференций, получен 1 патент РФ на изобретение.
Объем и структура работы
Диссертационная работа состоит из введения, семи глав, выводов, списка литературы из 142 ссылок на литературные источники и 2 приложений. Работа изложена на 122 страницах, содержит 22 рисунка, 20 таблиц и 17 схем.
Настоящая работа выполнена как часть плановых научно-исследовательских работ, проводимых в ИОС УрО РАН по теме «Создание универсальных подходов к переработке техногенных и полимерных отходов как способов их обезвреживания и получения на их основе пригодных для техники материалов» (гос. рег. № 115030310084), и по проектам государственного задания «Термический сольволиз термореактивных полимеров с фенольными структурами в высококипящих растворителях» (гос. рег. № АААА-А16- 116051110066-4).
Работа выполнена с использованием оборудования Центра коллективного пользования «Спектроскопия и анализ органических соединений».
Автор выражает свою благодарность д.х.н. профессору Е.И. Андрейкову за поддержку исследований и помощь в постановке задач и в обсуждении результатов; с.н.с. М.Г. Первовой за идентификацию жидких продуктов пиролиза в условиях ГХ-МС; м.н.с. А.В. Мехаеву за проведение термогравиметрического анализа с ИК-Фурье спектроскопией; к.х.н О.В. Коряковой за регистрацию ИК -Фурье спектров; сотрудникам группы элементного анализа за определение элементного анализа; м.н.с. И.В. Москалеву (ИТХ УрО РАН) за определение микроструктуры коксов; к.х.н начальнику Центральной лаборатории. Д.П. Трошину (ОАО «УРАЛХИМПЛАСТ») за проведение испытаний фенольной фракции.
✅ Заключение
1. Впервые установлено, что проведение пиролиза поликарбоната в каменноугольном пеке при атмосферном давлении является эффективным методом его утилизации. Пиролиз поликарбоната в среде каменноугольного пека снижает температуру деструкции полимера более чем на 100°С и позволяет с высоким выходом до 97% получить смесь фенола и и-изопропилфенола.
2. Показано, что проведение пиролиза бисфенола А в среде каменноугольного пека при атмосферном давлении позволяет снизить температуру термической деструкции примерно на 80°С и получить фенол и и-изопропилфенол с высоким выходом.
3. Предложен механизм термической деструкции поликарбоната в среде каменноугольного пека. Показано, что деструкция полимера в среде каменноугольного пека при атмосферном давлении начинается с разрыва связи в карбонатной группе в отличие от пиролиза поликарбоната, где разрыв связи начинается с изопропилиденовой группы. Перенос водорода от каменноугольного пека к продуктам деструкции поликарбоната приводит к увеличению конденсированности каменноугольного пека.
4. Показана возможность использования жидких продуктов пиролиза для замены 15-25% синтетического фенола при получении фенолформальдегидных смол новолачного типа и твердого остатка пиролиза, модифицированного каменноугольного пека, для получения изотропных коксов и сорбентов.
5. Разработан способ утилизации СП и ПУП дисков методом термического сольволиза в среде каменноугольного пека с получением фенольного сырья и высокоэффективных сорбентов.
Перспективы исследования в данной области автор видит в изучении влияния фракций каменноугольного пека на термический сольволиз поликарбоната для установления более полного механизма сольволиза. Отдельный интерес представляет изучение термического сольволиза полимеров, содержащих фенольные фрагменты.
2. Показано, что проведение пиролиза бисфенола А в среде каменноугольного пека при атмосферном давлении позволяет снизить температуру термической деструкции примерно на 80°С и получить фенол и и-изопропилфенол с высоким выходом.
3. Предложен механизм термической деструкции поликарбоната в среде каменноугольного пека. Показано, что деструкция полимера в среде каменноугольного пека при атмосферном давлении начинается с разрыва связи в карбонатной группе в отличие от пиролиза поликарбоната, где разрыв связи начинается с изопропилиденовой группы. Перенос водорода от каменноугольного пека к продуктам деструкции поликарбоната приводит к увеличению конденсированности каменноугольного пека.
4. Показана возможность использования жидких продуктов пиролиза для замены 15-25% синтетического фенола при получении фенолформальдегидных смол новолачного типа и твердого остатка пиролиза, модифицированного каменноугольного пека, для получения изотропных коксов и сорбентов.
5. Разработан способ утилизации СП и ПУП дисков методом термического сольволиза в среде каменноугольного пека с получением фенольного сырья и высокоэффективных сорбентов.
Перспективы исследования в данной области автор видит в изучении влияния фракций каменноугольного пека на термический сольволиз поликарбоната для установления более полного механизма сольволиза. Отдельный интерес представляет изучение термического сольволиза полимеров, содержащих фенольные фрагменты.
ИЛИ
Поиск аналога
📕 Список литературы
🛒 Оформить заказ
⚡ Работу высылаем в течении 5 минут после оплаты.