Charakterystyka odpadu po pirolizie opon oraz analiza jego potencjalnego wykorzystania

• Autorzy: Czarna-Juszkiewicz D. , Wdowin M. , Kunecki P. , Baran P. , Panek R. , Żmuda R.

Identyfikatory

DOI

10.24425/znigsme.2018.125802

Warianty tytułu

EN

Characteristics of waste after pyrolysis of tyres and analysis of its potential use

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Szacuje się, że ilość zużytych opon samochodowych na terenie Unii Europejskiej w roku 2016 wynosiła 3 515 000 Mg, co niewątpliwie stanowi problem z punktu widzenia inżynierii i ochrony środowiska. Alternatywą do składowania tego odpadu na wysypiskach jest poddanie go procesowi pirolizy. W wyniku rozkładu termicznego uzyskuje się wartościowe pod względem kaloryczności produkty (frakcja olejowa oraz gazowa), a także stałą pozostałość, która ze względu na skład i właściwości może zostać przetworzona na wysokiej jakości sorbent węglowy. W tym celu stosowane są różne metody modyfikacji pirolizatu, zarówno polegające na aktywacji fizycznej, jak i chemicznej. W niniejszym artykule przedstawiono charakterystykę stałej pozostałości po pirolizie opon gumowych przebiegającej w temperaturze około 400°C, która obejmowała analizę składu chemicznego (XRF oraz IR), charakterystykę mineralogiczną (XRD, SEM-EDS) oraz teksturalną. Dodatkowo w celu aktywacji próbkę poddano działaniu azotu w temperaturze 550°C. Analiza mineralogiczna wykazała, że dominującym składnikiem mineralnym jest węgiel. Ponadto zaobserwowano obecność kwarcu, kalcytu i sfalerytu. Analiza składu chemicznego sugeruje, że ze względu na wysoką zawartość węgla (ok. 80% mas.) istnieje możliwość otrzymania sorbentu węglowego z analizowanego odpadu. Jednak dotychczasowe badania, które miały charakter wstępny, nie pozwoliły na otrzymanie materiału stanowiącego substytut węgla aktywnego, ponieważ zastosowana modyfikacja w niewielkim stopniu zwiększyła powierzchnię właściwą BET, która osiągnęła wartość około 85 m2/g. Na podstawie analizy rozkładu i wielkość porów badanych 2 próbek stwierdzono, że jest on homogeniczny/modalny o charakterze mikro-/mezoporowatym, zaś kształt pętli histerezy sugeruje na obecność porów typu „butelkowego”. Ze względu na stosunkowo wysoką zawartość cynku w składzie odpadu (ok. 4% mas.) należałoby również rozważyć możliwość odzysku tego pierwiastka.

EN

It is estimated that the amount of used car tires in the European Union in 2016 was established at the level of 3,515,000 Mg, which is undoubtedly a problem from the point of view of engineering and environmental protection. An alternative to storing this waste in landfills is their pyrolysis. As a result of thermal decomposition, calorific value products (oil and gas fraction) are obtained, as well as a solid residue, which due to its composition and properties can be processed into a high quality carbon sorbent. For this purpose, various methods of modification of the pyrolyzate are used, both involving physical and chemical activation. This article presents the characteristics of solid residue after the pyrolysis of rubber tires running at a temperature of about 400°C, which included an analysis of chemical composition (XRF and IR), mineralogical composition (XRD, SEM-EDS) and textural characteristics. Additionally, for the purpose of activation, the sample was treated with nitrogen at a temperature of 550°C. The mineralogical analysis showed that the dominant mineral component is carbon. In addition, the presence of quartz, calcite and sphalerite was observed. Analysis of the chemical composition suggests that due to the high carbon content (about 80% by mass) it is possible for a carbon sorbent from the analyzed waste to be obtained. However, previous preliminary studies did not allow a material constituting a substitute for activated carbon to be obtained, because the applied modification only slightly increased the BET specific surface area, which reached the value of approx. 85 m2/g. Based on the analysis of the pore size distribution of the 2 tested samples, it was found to be homogeneous/modal with a micro/mesoporous nature, while the shape of the hysteresis loop suggests the presence of “bottle shape” pores. Due to the relatively high content of zinc, the composition of waste (about 4% of mass), the possibility of recovery of this element should also be considered.

Słowa kluczowe

PL

piroliza opon; pirolizat; węgiel aktywny; charakterystyka chemiczno-mineralogiczna

EN

tire pyrolysis; pyrolyzate; activated carbon; chemical-mineralogical characteristics

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Rocznik: 2018
• Tom: nr 107
• Strony: 19--31
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz., tab., wykr., zdj.

Twórcy

autor

Czarna-Juszkiewicz D.

• Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, Pracownia Geochemii Stosowanej i Inżynierii Środowiska, Kraków

autor

Wdowin M.

• Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, Pracownia Geochemii Stosowanej i Inżynierii Środowiska, Kraków

autor

Kunecki P.

• Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, Pracownia Geochemii Stosowanej i Inżynierii Środowiska, Kraków

autor

Baran P.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Energetyki i Paliw, Kraków

autor

Panek R.

• Politechnika Lubelska, Wydział Budownictwa i Architektury, Lublin

autor

Żmuda R.

• SBB ENERGY SA, Opole

Bibliografia

• [1] Al-Rahbi, A.S. i Williams, P.T. 2016. Production of activated carbons from waste tyres for low temperature NOx control. Waste Manag. 49, 188–195. [Online] https://doi.org/10.1016/j.wasman.2016.01.030 [Dostęp: 2.09.2018].
• [2] Annex XV Report 2017 – Rubber Granules Evaluation (Ver. 1.01). [Online] https://echa.europa.eu/docu ments/10162/13563/annexes_to_axv_report_rubber+granules_en.pdf/f3cc9f58-8ab3-8e4a-0258-51466817f0fd [Dostęp: 25.07.2018].
• [3] Bojanowska, I. 1998. Odzyskiwanie chromu(VI) ze ścieków z wykorzystaniem ekstrakcji ketonem metyloizobutylowy. Przemysł Chemiczny t. 7, s. 262–265.
• [4] Cordero i in. 2001 – Cordero, T., Marquez, F., Rodriguez-Miraso, J. 2001. Predicting heating values of lignocellulosic sand carbonaceous materials from proximate analysis. Fuel t. 80, s. 1567–1571.
• [5] De Marco Rodriguez i in. 2001 – De Marco Rodriguez, I., Laresgoiti, M.F., Cabrero, M.A., Torres, A., Chomón, M.J. i Caballero, B. 2001. Pyrolysis of scrap tyres. Fuel Processing Technology 72(1), s. 9–22.
• [6] Dębowski, Z. 2008. Węgiel aktywny w ochronie środowiska i przemyśle. Częstochowa: Wyd. Politechniki Częstochowskiej.
• [7] Dimpe i in. 2017 – Dimpe, K.M., Ngila, J.C. i Nomngongo, P.N. 2017. Application of waste tyre-based activated carbon for the removal of heavy metals in wastewater. Cogent Eng. t. 4, s. 1–11. [Online] https://doi.org/10. 1080/23311916.2017.1330912 [Dostęp: 2.09.2018].
• [8] Downard i in. 2015 – Downard, J., Singh, A., Bullard, R., Jayarathne, T., Rathnayake, C.M., Simmons, D.L., Wels, B.R., Spak, S.N., Peters, T., Beardsley, D., Stanier, C.O. i Stone, E.A. 2015. Uncontrolled combustion of shredded tires in a landfill – Part 1: Characterization of gaseous and particulate emissions. Atmospheric Environment t. 104, s. 195–204.
• [9] ETRMA 2015 – End-of-life Tyre Report 2015. [Online] http://www.etrma.org/library-2 [Dostęp: 15.05.2018].
• [10] ETRMA 2018 – Material recovery of ELTs 2016–2018. [Online] http://www.etrma.org/tyres/ELTs [Dostęp: 26.08.2018].
• [11] Flapper i in. 2015 – Flapper, S.D.P., van Nunen, J.A.E.E. i Van Wassenhove, L.N. 2005. Managing Closed-Loop Supply Chains. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg. ISBN 978-3-540-27251-9.
• [12] Fortuniak i in. 2018 – Fortuniak, W., Pospiech, P., Mizerska, U., Chojnowski, J., Slomkowski, S., Nyczyk-Malinowska, A., Wojteczko, A., Wisla-Walsh, E. i Hasik, M. 2018. Generation of meso- and microporous structures by pyrolysis of polysiloxane microspheres and by HF etching of SiOC microspheres. Ceramics International t. 44(1), s. 374–383.
• [13] Gallup, J. i Hutson, N. 2004. Getting Mercury Out of Coal Combustion Gases. EPA Region 5 Science Forum. Chicago s. 1–40.
• [14] Gupta i in. 2011 – Gupta, V.K., Gupta, B., Rastogi, A., Agarwal, S. i Nayak, A., 2011. Pesticides removal from waste water by activated carbon prepared from waste rubber tire. Water Res. t. 45, s. 4047–4055. [Online] https://doi.org/10.1016/j.watres.2011.05.016 [Dostęp: 2.09.2018].
• [15] Gupta i in. 2014 – Gupta, V.K., Nayak, A., Agarwal, S. iTyagi, I. 2014. Potential of activated carbon from waste rubber tire for the adsorption of phenolics: Effect of pre-treatment conditions. J. Colloid Interface Sci. t. 417, s. 420–430. [Online] https://doi.org/10.1016/j.jcis.2013.11.067 [Dostęp: 2.09.2018].
• [16] Hamadi i in. 2001 – Hamadi, N.K., Chen, X.D., Farid, M.M. i Lu, M.G.Q. 2001. Adsorption kinetics for the removal of chromium(VI) from aqueous solution by adsorbents derived from used tyres and sawdust. Chem. Eng. J. t. 84, s. 95–105. [Online] https://doi.org/10.1016/S1385-8947(01)00194-2 [Dostęp: 2.09.2018]
• [17]. Ilnicka i in. 2016 – Ilnicka, A., Okonski, J., Cyganiuk, A.W., Patyk, J. i Lukaszewicz, J.P. 2016. Zinc Regarding the Utilization of Waste Tires by Pyrolysis. Pol. J. Environ. Stud. t. 25(6), s. 2683–2687.
• [18] Kaminsky, W. i Mennerich, C. 2001. Pyrolysis of synthetic tire rubber in a fluidised-bed reactor to yield 1,3-butadiene, styrene and carbon black. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis 58–59, s. 803–811.
• [19] Klinik, J. 2000. Tekstura porowatych ciał stałych. Kraków: AGH – Ośrodek Edukacji Niestacjonarnej.
• [20] Kwiatkowski, J.F. 2011. Activated carbon: classifications, properties and applications. New York, USA: Nova Science Publishers Incorporated.
• [21] Lin i in. 2006 – Lin, H.-Y., Yuan, C.-S., Chen, W.-C. i Hung, C.-H. 2006. Determination of the Adsorption Isotherm of Vapor-Phase Mercury Chloride on Powdered Activated Carbon Using Thermogravimetric Analysis. J. Air Waste Manage. Assoc. t. 56, s. 1550–1557. [Online] https://doi.org/10.1080/10473289.2006.10464561 [Dostęp: 2.09.2018].
• [22] Manocha, S.M. 2003. Porous carbons. Sadhana t. 28(1–2), s. 335–348.
• [23] Nkosi i in. 2013 – Nkosi, N., Muzenda, E. i Zvimba, J. 2013. Using Tyre Derived Fuel: An Analysis of the Benefits. International Conference on Emerging Trends in Engineering and Technology, Phuket.
• [24] Rowhani, A. i Rainey T. 2016. Scrap Tyre Management Pathways and Their Use as a Fuel – A Review. Energies 9(12), s. 888.
• [25] Styszko i in. 2017 – Styszko, K., Baran, P., Sekuła, M. i Zarębska, K. 2017. Sorption of pharmaceuticals residues from water to char (scrap tires) impregnated with amines. E3S Web of Conferences 14, 02029, DOI: 10.1051/e3sconf/20171402029, s. 17–19.
• [26] Williams, P.T. 2013. Pyrolysis of waste tyres : A review. Waste Management 33(8), s. 1714–1728.
• [27] Wójtowicz, M. i Serio, M. 1996. Pyrolysis of scrap tyres: Can it be profitable? Marketplace s. 6.
• [28] Wójtowicz i in. 2004 – Wójtowicz, M.A., Florczak, E., Kroo, E. i Serio, M.A., 2004. Activated Carbon From Waste Tires for Mercury Emissions Control.