catalКатализ в промышленностиKataliz v promyshlennosti1816-03872413-6476LLC "KALVIS"10.18412/1816-0387-2023-2-58-65catal-883Research ArticleКАТАЛИЗ В ХИМИЧЕСКОЙ И НЕФТЕХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИCATALYSIS IN CHEMICAL AND PETROCHEMICAL INDUSTRYОценка эффективности катализаторов для процесса каталитического пиролиза полиэтиленаEstimating the efficiency of catalysts for catalytic pyrolysis of polyethyleneХаритонцевВ. Б.KharitontsevV. B.ctls@kalvis.ruТиссенЕ. А.TissenE. A.ctls@kalvis.ruМатвеенкоЕ. С.MatveenkoE. S.ctls@kalvis.ruМихайловЯ. А.MikhailovYa. A.ctls@kalvis.ruТретьяковН. Ю.TretyakovN. Yu.ctls@kalvis.ruЗагоруйкоА. Н.ZagoruikoA. N.ctls@kalvis.ruЕлышевА. В.ElyshevA. V.ctls@kalvis.ruФГАОУ ВО «Тюменский государственный университет», ТюменьРоссияTyumen State UniversityRussian FederationФГАОУ ВО «Тюменский государственный университет», Тюмень; Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН (ИК СО РАН), НовосибирскРоссияTyumen State University; Boreskov Institute of Catalysis SB RAS, NovosibirskRussian Federation2023300320232325865Copyright © LLC "KALVIS", 20232023LLC "KALVIS"LLC "KALVIS"https://www.catalysis-kalvis.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.catalysis-kalvis.ru/jour/article/view/883

Работа посвящена исследованию каталитического пиролиза полиэтилена (ПЭ) высокой плотности в присутствии катализаторов HBEA, HZSM-5, HFER и природной глины. Процесс каталитического пиролиза пластиков является перспективным способом переработки вторсырья, поскольку позволяет превращать полимеры в другие соединения, которые в дальнейшем служат реагентами для химической промышленности. Физико-химические параметры катализаторов оценивались с помощью ИК-Фурье спектроскопии, рентгеноструктурного анализа, метода физической адсорбции азота, термогравиметрического анализа, пиролитической газовой хроматографии. Выявлены зависимости температур деструкции ПЭ и химического состава продуктов каталитического пиролиза от вида применяемого катализатора. На эффективность процесса крекинга и качественный состав продуктов влияют два основных фактора – структурные и кислотные параметры катализатора. Наличие бренстедовских кислотных центров в цеолитах способствует протеканию реакции крекинга и ароматизации. Оценена возможность применения глинистого образца для процесса термического разложения ПЭ.

The paper is devoted to investigation of the catalytic pyrolysis of high-density polyethylene (PE) in the presence of HBEA, HZSM-5 and HFER catalysts and natural clay. Catalytic pyrolysis of plastic materials is a promising method for treatment of secondary raw materials because it allows converting polymers into chemical compounds, which further serve as a source for chemical industry. Physicochemical parameters of the catalysts were estimated using various methods: IR Fourier spectroscopy, X-ray diffraction analysis, physical adsorption of N2, thermogravimetric analysis, and pyrolytic gas chromatography. Temperature dependences of PE destruction were obtained as well as the dependence of chemical composition of the catalytic pyrolysis products on the catalyst type. Two main factors were shown to determine the efficiency of cracking and the qualitative composition of products – structural and acidic parameters of the catalyst. The presence of Broensted acid sites in zeolites promoted the cracking and aromatization reactions. The possibility of using the clay sample for thermal decomposition of PE was estimated.

каталитический пиролизполиэтиленцеолитприродная глинатермический анализcatalytic pyrolysispolyethylenezeolitenatural claythermal analysisReferencesMark L.O., Cendejas M.C., Hermans I. // ChemSusChem. 2020. Vol. 13. P. 5808–5836.Mark L.O., Cendejas M.C., Hermans I. // ChemSusChem. 2020. Vol. 13. P. 5808–5836.Vollmer I., Jenks M.J.F., Roelands M.C.P., White R.J. et al. // Angew. Chem. Int. Ed. 2020. Vol. 59. P. 15402–15423.Vollmer I., Jenks M.J.F., Roelands M.C.P., White R.J. et al. // Angew. Chem. Int. Ed. 2020. Vol. 59. P. 15402–15423.Kartik S., Balsora H.K., Sharma M., Saptoro A. et al. // Thermal Science and Engineering Progress. 2022. Vol. 32. Article 101316.Kartik S., Balsora H.K., Sharma M., Saptoro A. et al. // Thermal Science and Engineering Progress. 2022. Vol. 32. Article 101316.Yang R.X., Jan K., Chen C., Chen W., Wu K. // ChemSusChem. 2022. Vol. 15, № 11.Yang R.X., Jan K., Chen C., Chen W., Wu K. // ChemSusChem. 2022. Vol. 15, № 11.Santos E., Rijo B. Lemos F., Lemos M.A.N.D.A. // Catal. Today. 2021. Vol. 379. P. 212–221.Santos E., Rijo B. Lemos F., Lemos M.A.N.D.A. // Catal. Today. 2021. Vol. 379. P. 212–221.Sharuddin S.D.A., Abnisa F., Daud W.M.A.W., Aroua M.K. // Energy Convers. Manag. 2016. Vol. 115. P. 308–326.Sharuddin S.D.A., Abnisa F., Daud W.M.A.W., Aroua M.K. // Energy Convers. Manag. 2016. Vol. 115. P. 308–326.Wong S.L., Ngadi N, Abdullah T.A,T. Inuwa I.M. Current state and future prospects of plastic waste as source of fuel: a review // Renew. Sust. Energy Rev. 2015. Vol.50. P. 1167–1180.Wong S.L., Ngadi N, Abdullah T.A,T. Inuwa I.M. Current state and future prospects of plastic waste as source of fuel: a review // Renew. Sust. Energy Rev. 2015. Vol.50. P. 1167–1180.Lopez G., Artetxe M., Amutio M., Bilbao J., Olazar M. // Renew. Sust. Energy Rev. 2017. Vol. 73. P. 346–368.Lopez G., Artetxe M., Amutio M., Bilbao J., Olazar M. // Renew. Sust. Energy Rev. 2017. Vol. 73. P. 346–368.Kunwar B., Cheng H.N., Chandrashekaran S.R., Sharma B.K. // Renew. Sust. Energy Rev. 2016. Vol. 54. P. 421–428.Kunwar B., Cheng H.N., Chandrashekaran S.R., Sharma B.K. // Renew. Sust. Energy Rev. 2016. Vol. 54. P. 421–428.Al-Salem S. M., Lettieri P., Baeyens J. // Waste Manage. 2009. Vol. 29. P. 2625–2643.Al-Salem S. M., Lettieri P., Baeyens J. // Waste Manage. 2009. Vol. 29. P. 2625–2643.Miandad R., Barakat M.A., Aburiazaiza A.S., Rehan M., Nizami A.S. // Process Saf. Environ. Prot. 2016. Vol. 102. P. 822–838.Miandad R., Barakat M.A., Aburiazaiza A.S., Rehan M., Nizami A.S. // Process Saf. Environ. Prot. 2016. Vol. 102. P. 822–838.Coelho A., Costa L., Marques M.M., Fonseca I.M., Lemos M.A.N.D.A, Lemos F. // Applied Catalysis A: Gen. 2012. Vol. 413/414. P. 183–191.Coelho A., Costa L., Marques M.M., Fonseca I.M., Lemos M.A.N.D.A, Lemos F. // Applied Catalysis A: Gen. 2012. Vol. 413/414. P. 183–191.Caldeira V.P.S., Santos A.G.D., Oliveira D.S. et al. // J. Therm. Anal. Calorim. 2017. Vol. 130. P. 1939–1951.Caldeira V.P.S., Santos A.G.D., Oliveira D.S. et al. // J. Therm. Anal. Calorim. 2017. Vol. 130. P. 1939–1951.Ellis L. D., Rorrer N. A., Sullivan K. P., Otto M., McGeehan O.M. et al. // Nat. Catal. 2021. Vol. 4. P. 539–556.Ellis L. D., Rorrer N. A., Sullivan K. P., Otto M., McGeehan O.M. et al. // Nat. Catal. 2021. Vol. 4. P. 539–556.Li K., Wang Y., Zhou W. et al. // Chemosphere. 2022. Vol. 299.Li K., Wang Y., Zhou W. et al. // Chemosphere. 2022. Vol. 299.Miandad R., Barakat M.A., Rehan M., Aburiazaiza A.S., Ismail I.M.I., Nizami A.S. // Waste Manage. 2017. Vol. 69. P. 66–78.Miandad R., Barakat M.A., Rehan M., Aburiazaiza A.S., Ismail I.M.I., Nizami A.S. // Waste Manage. 2017. Vol. 69. P. 66–78.Serra A.C.S., Milato J.V., Faillace J.G., Calderari M.R.C.M. // Braz. J. Chem. Eng. Published 04 August 2022.Serra A.C.S., Milato J.V., Faillace J.G., Calderari M.R.C.M. // Braz. J. Chem. Eng. Published 04 August 2022.Fadillah G., Fatimah I., Sahroni I., Musawwa M.M. et al. // Catalysts. 2021. Vol. 11. P. 837.Fadillah G., Fatimah I., Sahroni I., Musawwa M.M. et al. // Catalysts. 2021. Vol. 11. P. 837.Datka J., Turek A.M, Jehng J.M, Wachs I.E. // J. Catal. 1992. Vol. 135, P. 186–199.Datka J., Turek A.M, Jehng J.M, Wachs I.E. // J. Catal. 1992. Vol. 135, P. 186–199.Meléndez-Ortiz H.I., García-Cerda L.A., Olivares-Maldonado Y. et al. // Ceram. Int. 2012. Vol. 38. P. 6353–6358.Meléndez-Ortiz H.I., García-Cerda L.A., Olivares-Maldonado Y. et al. // Ceram. Int. 2012. Vol. 38. P. 6353–6358.Нефедова Т.Н., Ресснер Ф., Селеменев В.Ф. // Сорбционные и хроматографические процессы. 2020. Т. 20, № 1. С. 31–39.Нефедова Т.Н., Ресснер Ф., Селеменев В.Ф. // Сорбционные и хроматографические процессы. 2020. Т. 20, № 1. С. 31–39.Araújo J.R., Waldman W.R., De Paoli M.A. // Polym. Degrad. Stab. 2008. Vol. 93. P. 1770–1775.Araújo J.R., Waldman W.R., De Paoli M.A. // Polym. Degrad. Stab. 2008. Vol. 93. P. 1770–1775.Costa C.S., Muñoz M., Ribeiro M.R., Silva J.M. // Catal. Today. 2021. Vol. 379. P. 192–204.Costa C.S., Muñoz M., Ribeiro M.R., Silva J.M. // Catal. Today. 2021. Vol. 379. P. 192–204.Tian X., Zeng Z., Liu Z., Dai L., Xu J., Yang X. et al. // J. Clean. Prod. 2022. Vol. 358. Article 131989.Tian X., Zeng Z., Liu Z., Dai L., Xu J., Yang X. et al. // J. Clean. Prod. 2022. Vol. 358. Article 131989.Агулло Х., Кумар Н., Беренгуер Д., Кубичка Д., Марцилла А., Гомез А., Салми Т., Мурзин Д.Ю. // Кинетика и катализ. 2007. Т 48, № 4. С. 570–575.Агулло Х., Кумар Н., Беренгуер Д., Кубичка Д., Марцилла А., Гомез А., Салми Т., Мурзин Д.Ю. // Кинетика и катализ. 2007. Т 48, № 4. С. 570–575.He Y., Chen J., Li D., Zhang Q., Liu D., Liu J, Ma X., Wang T. // Energy. 2021. Vol. 223. Article 120046.He Y., Chen J., Li D., Zhang Q., Liu D., Liu J, Ma X., Wang T. // Energy. 2021. Vol. 223. Article 120046.Ковалева Н.Ю., Раевская Е.Г., Рощин А.В. // Химическая безопасность = Chemical Safety Science. 2020. Т. 4, № 1. С. 48–79.Ковалева Н.Ю., Раевская Е.Г., Рощин А.В. // Химическая безопасность = Chemical Safety Science. 2020. Т. 4, № 1. С. 48–79.Ren X., Cao J., Zhao X., Yang Z., Wang Y., Chen Q., Zhao M., Wei X. // J. Anal. Appl. Pyrolysis. 2019. Vol. 139. P. 22–30.Ren X., Cao J., Zhao X., Yang Z., Wang Y., Chen Q., Zhao M., Wei X. // J. Anal. Appl. Pyrolysis. 2019. Vol. 139. P. 22–30.Inayat A., Inayat A., Schwieger W., Sokolova B., Lestinsky P. // Fuel. 2022. V. 314. Article 123071.Inayat A., Inayat A., Schwieger W., Sokolova B., Lestinsky P. // Fuel. 2022. V. 314. Article 123071.He Y., Yan L., Liu Y., Liu Y., Bai Y., Wang J., Li F. // Fuel Process. Technol. 2019. Vol. 188. P. 70–78.He Y., Yan L., Liu Y., Liu Y., Bai Y., Wang J., Li F. // Fuel Process. Technol. 2019. Vol. 188. P. 70–78.Rahimi N., Karimzadeh R. // Applied Catalysis A: Gen. 2011. Vol. 398. P. 1–17.Rahimi N., Karimzadeh R. // Applied Catalysis A: Gen. 2011. Vol. 398. P. 1–17.Loder A., Siebenhofer M., Böhm A., Lux S. // Cleaner Engineering and Technology. 2021. Vol. 5. Article 100345.Loder A., Siebenhofer M., Böhm A., Lux S. // Cleaner Engineering and Technology. 2021. Vol. 5. Article 100345.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.