Chemická Recyklace Kyselin: Podrobný Přehled Procesů a Technologií

Chemická recyklace představuje pokročilou technologii zpracování polymerních materiálů, při níž dochází k rozkladu plastů a vláken na jejich základní chemické složky. Tento proces umožňuje obnovit suroviny v podobě monomerů nebo jiných chemických meziproduktů, které lze následně znovu použít pro výrobu nových polymerů nebo textilií.

Chemická recyklace tak překonává omezení mechanické recyklace, zejména v případech složitých nebo kontaminovaných materiálů.

Principy Chemické Recyklace

Depolymerizace: Klíčový proces, při kterém se dlouhé polymerní řetězce štěpí zpět na monomery nebo oligomery. Depolymerizace může být dosažena různými chemickými reakcemi, například hydrolýzou, glykolýzou, aminolýzou nebo pyrolytickým štěpením.

Chemické Reakce

Základní chemické metody zahrnují:

• Hydrolýzu: štěpení polymerů vodou (např. u polyesterů PET).
• Glykolýzu: reakce polymerů s glykoly.
• Methanolýzu: štěpení polymerů methanolem.
• Pyrolýzu: termické rozkládání bez přístupu kyslíku.

Separace a čištění produktů: Po depolymerizaci následuje separace monomerů od nečistot a vedlejších produktů, což umožňuje jejich opětovné využití.

Čtěte také: Jak recyklovat starý šicí stroj

Technologické Procesy Chemické Recyklace

Chemický rozklad polykondenzátů účinkem vybraných nízkomolekulárních látek je souhrnně označován jako chemolýza. Tímto způsobem je možné recyklovat materiály na bázi polyamidů (PA), polyurethanů (PU) a zvláště pak lineárních polyesterů, např. polyethylénglykoltereftalátu (PET) a polybutyléntereftalátu (PBT). Podstatou chemolytického rozkladu je obrácení vratné polykondenzační reakce směrem k odbourávání monomerních jednotek z řetězců polymeru.

Chemolýzou PET je možné získat buď přímo monomerní, nebo oligomerní produkty vhodné (po nezbytném přečištění) k polykondenzaci nového PET.

Na chemolytickém procesu je také založeno zužitkování odpadního PET na suroviny pro chemickou výrobu jiných materiálů, např. bis-(hydroxybutyl)tereftalát pro výrobu polybutyléntereftalátu (PBT), polyoly pro výrobu polyurethanů, nenasycené polyesterové pryskyřice pro výrobu reaktoplastů, nízkomolekulární estery pro výrobu změkčovadel pro PVC a další.

Jako chemické činidlo pro depolymeraci PET může být použita voda (hydrolýza), methanol (methanolýza), ethylénglykol nebo diethylénglykol (glykolýza), amoniak (amonolýza) a butandiol (diolýza). Komerčně nejvýznamnější jsou v současné době procesy methanolýzy a glykolýzy. Nicméně další procesy chemolýzy, jako jsou např. hydrolýza a amonolýza, jsou v posledních letech předmětem širokého výzkumu a vývoje.

Výběr vhodného technologického postupu chemické recyklace odpadního PET je vždy podřízen kvalitě dostupné suroviny (stupeň znečištění, způsob třídění) a požadovaným produktům procesu.

Čtěte také: Zodpovědný přístup k recyklaci kávových kapslí

Recyklace PET

Chemická recyklace PET (polyethylentereftalátu) je nejvíce rozvinutá, zahrnuje procesy jako hydrolýza nebo glykolýza, které vedou k získání tereftalové kyseliny a etylenglykolu použitelného k výrobě nového PET.

Recyklace Polyamidů

Polyamidy lze depolymerizovat aminolýzou nebo hydrolytickým rozkladem za účelem získání caprolaktamu nebo dalších monomerů.

Recyklace Polyesterů a Jiných Syntetických Vláken

Pokročilé metody umožňují recyklovat i další polymery používané v textilním průmyslu, přičemž cílem je zachovat co nejvyšší čistotu a kvalitu získaných monomerů.

Glykolýza

Podstatou glykolýzy je transesterifikace PET účinkem přebytku ethylénglykolu (EG). Proces glykolýzy PET byl poprvé patentován v roce 1965. Další patenty na provedení glykolytického rozkladu PET byly uděleny až v osmdesátých letech.

Glykolýza drti odpadního PET se provádí v tlakových reaktorech při teplotě v rozmezí 180 0C až 240 0C pod ochrannou atmosférou inertního plynu, obvykle dusíku, pro zamezení oxidace vznikajících polyolů. Glykolýza vede ke vzniku bis-(hydroxyethyl)tereftalátu (BHET - tzv. „skutečnému” monomeru pro polykondenzaci polyesteru) a jeho oligomerům, obsahujícím 2 až 10 monomerních jednotek.

Čtěte také: Výzvy v recyklaci tvrzených plastů

Výsledný produkt je za normálních podmínek tuhá látka voskovitého charakteru s poměrně vysokým bodem tání. Čištění tohoto produktu je obtížné. Klasické metody čištění, jako je destilace nebo krystalizace, se v tomto případě nedají použít.

Čištění BHET se proto provádí tlakovou filtrací taveniny, kterou se odstraní mechanické nečistoty, po níž následuje filtrace přes aktivní uhlí, čímž se odstraní rozpuštěné nečistoty, včetně aktivátorů oxidační degradace. Barviva obsažená v původním PET materiálu však z produktů jeho glykolýzy tímto způsobem nelze odstranit.

Právě z důvodu obtížného čištění produktů jsou nároky glykolytického procesu recyklace PET na čistotu vstupní suroviny velmi vysoké. Proces je zvláště citlivý na přítomnost PVC. Nejvyšší přípustná koncentrace PVC ve vstupní surovině je 2000 ppm.

Glykolýza je v současné době využívána v závodě společností Shell Polyester (Akron, Ohio) k výrobě BHET jako suroviny dále zpracovávané na PET obsahující 25 % tohoto recyklátu, známého pod názvem RePeteTM. Polyester RePeteTM je v USA certifikován jako materiál přípustný pro přímý kontakt s potravinami, a může tedy být použit i k výrobě nápojových lahví. Společnost DuPont využívá tento proces obdobným způsobem ve svém závodě Dacron (Hamm, SRN).

Výhody glykolýzy:

1. glykolytická technologická jednotka může být výhodně zakomponována do konvenčního závodu na výrobu PET, kde se recyklovaný BHET může směšovat s „panenským” BHET;
2. investiční i provozní náklady jsou v porovnání s methanolytickým a hydrolytickým procesem nižší.

Nevýhody glykolýzy:

1. velmi vysoké nároky na kvalitu vstupní suroviny. Lahve musí být dobře umyty a tříděny podle barvy;
2. z produktu není možné izolovat komonomery obsažené ve vstupní surovině.

Methanolýza

Podstatou methanolýzy je obrácení směru vratné polykondenzační reakce DMT a EG účinkem přebytku methanolu. Prakticky se methanolýza provádí téměř vždy ve dvou stupních. Nejprve se odpadní PET podrobí částečné glykolýze, po které teprve následuje methanolýza.

Proces methanolýzy byl poprvé popsán v patentu společnosti DuPont v r. 1957. V následujících letech pak bylo patentováno zlepšení tohoto technologického postupu. Při tomto původním procesu methanolýzy byla smíšena v tlakovém reaktoru tavenina vsázkové drti PET s methanolem v poměru 1:4, směs byla zahřívána na teplotu 160-240 0C za tlaku 20-70 barů po dobu přibližně jedné hodiny.

Výtěžek tohoto způsobu methanolýzy se udává na 99 % DMT. Zdokonalený proces byl patentován společností Eastman Co. v roce 1991. Podstatou tohoto novějšího postupu je methanolýza v plynné fázi.

V prvním kroku je střední molární hmotnost vsázkové drti PET snížena parciální glykolýzou, aby mohla být takto získaná nízkoviskózní tavenina filtrací zbavena nežádoucích pevných příměsí. Prakticky se glykolýzou upravuje pouze určitý podíl PET vsázky, zbytek vstupní suroviny je pak v glykolyzátu rozpuštěn.

Ve druhém kroku pak následuje methanolýza v plynné fázi. Přefiltrovaná tavenina PET je v reaktoru proháněna přehřátou parou methanolu. Produkty methanolýzy (DMT, EG) jsou z reakční směsi oddestilovány a čištěny rektifikací.

Methanolýza v plynné fázi umožňuje zpracování suroviny s mnohem vyšším obsahem nečistot, než bylo možné zpracovat klasickou methanolýzou v kapalné fázi.

Výhody Chemické Recyklace Oproti Mechanické

• Obnova původní kvality materiálu: Chemická recyklace umožňuje výrobu polymerů s vlastnostmi srovnatelnými s novými surovinami, čímž eliminuje problém s degradací kvality při mechanické recyklaci.
• Možnost zpracování složitých směsí: Chemické metody zvládají i materiály smíšené nebo kontaminované, které jsou pro mechanickou recyklaci obtížné.
• Podpora cirkulární ekonomiky: Umožňuje uzavřít cyklus materiálů a snížit potřebu výroby nových fosilních surovin.

Výzvy a Omezení Chemické Recyklace

• Energetická náročnost: Chemické procesy často vyžadují vysoké teploty, tlak nebo speciální chemikálie, což zvyšuje spotřebu energie a provozní náklady.
• Chemická bezpečnost a environmentální dopady: Používání reaktivních látek a vznik vedlejších produktů vyžaduje přísnou kontrolu a ekologické zpracování.
• Ekonomická rentabilita: Vyšší investiční a provozní náklady vyžadují optimalizaci procesů a rozšíření trhu s recyklovanými monomery.
• Technologická složitost: Nutnost specializovaného zařízení a znalostí omezuje zatím rozsah aplikace.

Aplikace Chemické Recyklace v Textilním Průmyslu

• Výroba nových syntetických vláken: Recyklované monomery slouží k výrobě polyesterových nebo polyamidových vláken s vysokou kvalitou.
• Smíšené textilie: Chemická recyklace umožňuje rozklad složitých kompozitních materiálů, čímž se otevírá cesta k jejich opětovnému využití.
• Ekologická výroba funkčních textilií: Umožňuje integrovat recyklované suroviny do výrobních procesů s minimálním dopadem na životní prostředí.

Současné Trendy a Vývoj

• Výzkum katalyzátorů a enzymů: Vývoj efektivnějších a šetrnějších katalytických systémů, včetně biokatalýzy, pro depolymerizaci vláken.
• Integrace s průmyslem 4.0: Automatizace a digitální řízení procesů chemické recyklace pro zvýšení efektivity.
• Pilotní a komerční provozy: Narůstající počet provozů po celém světě, které aplikují chemickou recyklaci ve velkém měřítku.
• Legislativa a normy: Podpora chemické recyklace státními a mezinárodními regulacemi zaměřenými na cirkulární ekonomiku a snižování plastového odpadu.

Přehled Hlavních Procesů Chemolýzy Odpadního PET

Následující tabulka shrnuje hlavní procesy chemolýzy odpadního PET, které byly zmíněny v článku:

tags: #recyklace #kyseliny #chemicky #proces

Oblíbené příspěvky:

• Legislativa a bivakování v ČR
• Aktuální data o ovzduší Šenov
• Zábava pro celou rodinu
• Historie a současnost ekologického aktivismu v Jeseníkách
• Bezpečnostní pokyny CIT Čistič Odpadů 1000g