CC BY
73
УДК 691.175
ИССЛЕДОВАНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ПОЛИМЕРНЫХ ОТХОДОВ В ЦЕЛЯХ ВТОРИЧНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
К.В.Алексеева1, Е.Ю.Фомина2, В.Ю.Старостина3
Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Приведены сведения о количестве полимерных отходов в ТБО, методах их вторичной переработки и использования. Приведены результаты исследования качественного и количественного состава полимерных отходов, отобранных в г. Иркутске. Табл. 1. Библиогр. 15 назв.
Ключевые слова: твердые бытовые отходы; полимерные отходы; качественный и количественный состав.
INVESTIGATION OF POLYMER WASTE CHEMICAL COMPOSITION FOR RECYCLING K.V. Alekseeva, E.Yu. Fomina, V.Yu Starostina
National Research Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074.
The article provides data on the number of polymer waste in municipal solid waste, methods of their recycling and use. The study results of qualitative and quantitative composition of polymer waste, sampled in the city of Irkutsk are given. 1 table. 15 sources.
Key words: municipal solid waste; polymer waste; qualitative and quantitative composition.
Ежегодно в России образуется свыше одного миллиона тонн полимерных отходов, а процент их использования до сих пор мал. Благодаря специфическим свойствам полимерные материалы не подвергаются гниению и коррозии, поэтому проблема их утилизации носит, прежде всего, экологический характер. Общий объем захоронения твердых бытовых отходов только в Иркутске составляет около 1 млн т в год. От общего количества отходов перерабатывается только 5-7 % от их массы. По данным [1] в усредненном составе твердых бытовых отходов, поставляемых на захоронение, 8-12 % приходится на пластмассу, что составляет 80-120 тыс. т в год.
Однако в настоящее время проблема переработки отходов полимерных материалов приобретает актуальное значение не только с позиций охраны окружающей среды, но и в связи с тем, что в условиях дефицита полимерного сырья пластмассовые отходы становятся мощным сырьевым и энергетическим ресурсом. Повторное использование полимеров для изготовления строительных материалов - это сравнительно новое направление переработки вторичных полимеров.
В строительном секторе используется огромное количество долговечных изделий, выполненных на основе полимеров, в частности поливинилхлорида (ПВХ). Спектр использования ПВХ очень разнообразен, например, на его основе производятся водопро-
водные и канализационные трубы, оконные рамы, покрытия полов, стеновые отделочные и теплоизоляционные материалы, кабельные изоляционные материалы и многое другое. Крупномасштабное потребление ПВХ началось в 1970-е годы. И с учётом ожидаемого срока службы в 30 и более лет рост количества полимерных отходов начался с периода 2000-2005 годов.
Бывшие в употреблении полимерные материалы под действием температуры, окружающей среды, воздуха, различных излучений, влаги, а также в зависимости от продолжительности этих воздействий изменяют свои свойства. Значительные объемы выпуска полимерных материалов, которые эксплуатируются на протяжении длительного времени и выбрасываются на свалки, приводят к ухудшению экологического состояния окружающей среды, поэтому проблема утилизации полимерных отходов является чрезвычайно актуальной. Вместе с тем, эти отходы являются хорошим сырьем при соответствующей корректировке композиций для изготовления изделий различного назначения.
Современные методы переработки полимеров и использование высокотехнологичного оборудования позволяют сегодня производить переработку полиэтилена (ПЭ), полипропилена (ПП) и поливинилхлорида (ПВХ) с соблюдением всех технологических и экологических стандартов. Используя современное высоко-
1Алексеева Ксения Владимировна, магистрант, тел.: (3952) 405118, e-mail: aleksenija@bk.ru Alekseeva Ksenia, Undergraduate, tel.: (3952) 405118, e-mail: aleksenija@bk.ru
2Фомина Елена Юрьевна, кандидат технических наук, доцент кафедры обогащения полезных ископаемых и инженерной экологии, тел.: (3952) 405118, е-mail: e_u_fom@bk.ru
Fomina Elena, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Mineral Processing and Environmental Protection, tel.: (3952) 405118, e-mail: e_u_fom@bk.ru
3Старостина Влада Юрьевна, кандидат технических наук, доцент кафедры обогащения полезных ископаемых и инженерной экологии, тел.: (3952) 405118, e-mail:vladastarostina@mail.ru
Starostina Vlada, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Mineral Processing and Environmental Protection, tel.: (3952) 405118, e-mail: vladastarostina@mail.ru
эффективное оборудование для переработки, отходы полимеров можно превратить в востребованное многими предприятиями по производству изделий из пластмасс вторичное сырье. Применение вторичного сырья имеет неоспоримые экономические преимущества по сравнению с производством изделий на базе первичных полимеров.
Настоящая статья посвящена исследованию химического состава отходов полимеров, в частности отходов полихлорвинила, образующихся в результате хозяйственной деятельности предприятий и жизнедеятельности населения г. Иркутска.
Впервые поливинилхлорид был получен в 1972 году Бауманом при действии солнечного света на ви-нилхлорид. Промышленный синтез ПВХ был осуществлен в 1930 году в Германии. В качестве сырья для ПВХ используют хлор - 57% и нефть - 43%. Таким образом, ПВХ меньше, чем другие базовые полимеры, зависит от нефтяного сырья. Это играет очень важную роль в его ценообразовании. Основным сырьем для производства ПВХ служат хлор, получаемый путем электролиза раствора поваренной соли, и этилен.
Для улучшения потребительских свойств ПВХ применяются добавки, к которым относятся: пластификаторы, стабилизаторы, наполнители, смазки, пигменты, модификаторы.
Как показывает практика, из одного "чистого" ПВХ практически невозможно получить какое-либо изделие. Материал, содержащий ПВХ и другие добавки, обеспечивающие его технологические и эксплуатационные свойства, называется поливинилхлоридной композицией.
Поливинилхлоридные композиции являются полупродуктами для получения изделий: кабельно-проводниковой продукции, трубок, шлангов, литьевых изделий, различных профилей, материалов, использующихся в строительной индустрии.
Поливинилхлоридные композиции могут выпускаться либо в виде гранул (ПВХ - пластикаты и жесткие гранулы), либо в виде сыпучего порошка.
С целью определения возможности вторичного применения отходов ПВХ были отобраны пробы отходов на полигоне захоронения ТБО г. Иркутска и в Центре ответственности «Оконные системы» ООО «Восточно-Сибирский завод железобетонных конструкций». На полигоне захоронения ТБО было отобрано 3 объединенных пробы, в том числе отходы пластиковых окон и отходы линолеума.
Отбор пробы отходов от производства пластиковых окон на предприятии Центр ответственности «Оконные системы» ООО «Восточно-Сибирский завод железобетонных конструкций» был произведен точечно из контейнера на территории цеха. Гранулят ПВХ был закуплен в количестве 1 кг на московском предприятии по переработке ПВХ - отходов и производству ПВХ - гранулята.
Эксперименты по разложению и определению химического состава ПВХ - гранулята и отходов, содержащих ПВХ, проводились в Филиале Федерального государственного учреждения «Центр лабораторного
анализа и технических измерений по Сибирскому Федеральному округу».
Разложение проб ПВХ - гранулята и отходов, содержащих ПВХ, проводили в микроволновой системе разложения со встроенным бесконтактным датчиком температуры Speedwave MWS-2[1]. Для разложения проб ПВХ - гранулята использовалась программа Р5 (полимеры), Т=220 0С, t=40 мин, р (мощность) = 90%. В качестве разлагающего реактива использовалась азотная кислота (65% HNO3), навеска образца 200 мг.
Определения качественного и количественного состава на некоторые органические показатели выполняли на газовом хроматографе масс-спектрометре GCMS-QP-2010 Plus (Shimadzu, Япония).
Для количественного определения некоторых органических показателей использовался также хроматограф «ХРОМАТЭК - КРИСТАЛЛ 5000» [3-5], который предназначен для анализа жидких, газообразных и твердых проб различных органических и некоторых неорганических соединений.
Для определения металлов в ПВХ - грануляте и отходах, содержащих ПВХ, использовали спектрометр с индуктивно связанной плазмой - ИСП-ОЭС-спектрометр Optima 7000 DV[6]. Для определения качественного состава всех продуктов, содержащих ПВХ, использовали растворы, полученные после растворения образцов в системе микроволнового разложения проб. Для этого навеску образца массой 200 мг помещали в автоклав, добавляли 40 мл 65%-ной азотной кислоты и растворяли все это в течение 40 минут. Далее 1 мл анализируемого образеца растворяли в 100 мл растворителя (в качестве растворителя использовали гексан).
Качественный анализ ПВХ - гранулята по анализу полученного масс- спектра свидетельствует о наличии в образце таких компонентов, как винилхлорид, пропилен, винилацетат, диоктифталат, хлорпарафин, фенол, фосфиты органические, глицерилмоностеарат, бензотриазол, бензофенон, ацетамид, фениламин.
Образец отходов, получаемых при производстве пластиковых окон, имеет в своем составе следующие компоненты: винилхлорид, пропилен, винилацетат, диоктифталат, хлорпарафин, фенол, фосфиты органические, глицерилмоностеарат, бензотриазол, бен-зофенон, ацетамид, фениламин, -которые были также определены по анализу полученного масс-спектра.
Отходы линолеума содержат в своем составе винилхлорид, дибутилфталат, хлорпарафин, стеариновую кислоту, циклогексан, этилацетат.
В сводной таблице представлены результаты количественного химического анализа (КХА) различных продуктов, содержащих ПВХ.
Данные таблицы показывают идентичность состава ПВХ - гранулята и отходов производства пластиковых окон, линолеума. Это может означать, что отходы, образующиеся при производстве пластиковых окон и линолеума, могут быть использованы для дальнейшей переработки с целью получения различных полимерных материалов.
Проведенные аналитические исследования состава ПВХ - гранулята и отходов производства пластико-
Результаты количественного химического анализа
№ п/п Определяемый компонент Образец
ПВХ - гранулят Отходы пластиковых окон (полигон) Отходы пластиковых окон (предприятие) Отходы линолеума
Содержание, %
1 Винилхлорид 71,5 72,0 72,0 70,0
2 Диоктифталат 12,0 12,0 12,0 -
3 Глицерин 0,0004 0,0003 0,0003 -
4 Бензотриазол 0,00007 0,00007 0,00007 -
5 Бензофенон 0,00006 0,00005 0,00005 -
6 Винилацетат 11,5 11,0 11,0 -
7 Фенол 0,0008 0,0008 0,0008 -
8 Фосфит 0,0005 0,0006 0,0006 -
9 Фениламин 0,0007 0,0006 0,0006 -
10 Ацетамид 0,0006 0,0005 0,0005 -
11 Олово 0,13 0,13 0,13 -
12 Дибутилфталат - - - 13,0
13 Стеариновая кислота - - - 1,30
14 Циклогексан - - - 0,50
15 Этилацетат - - - 0,45
16 Барий 0,36 0,33 0,33 0,30
17 Цинк 0,38 0,30 0,30 0,30
18 Медь 0,01 0,01 0,01 -
19 Мышьяк 0,001 0,001 0,001 -
20 Сурьма 0,005 0,01 0,01
21 Кадмий - 0,002 0,002 0,30
22 Свинец - 0,0001 0,0001 0,30
23 Титан - 0,07 0,07 0,5
24 Кальций - 0,5 0,5 5,3
25 Кремний - - - 0,10
вых окон и линолеума позволяют сделать следующие выводы:
- качественный анализ ПВХ - отходов производства пластиковых окон и линолеума соответствует составу сырья, используемого для получения различных композиционных материалов на основе поливинилхлорида;
- количественный химический анализ показал, что содержание вредных и опасных веществ в исследуемых объектах находится в норме и не превышает
предельные показатели, установленные для почв, атмосферного воздуха и воздуха рабочей зоны, что делает их абсолютно пригодными для повторного использования;
- вторичное использование отходов производства пластиковых окон и линолеума позволит значительно снизить количество отходов, затраты на сырье и нико-ем образом не отразится на качестве выпускаемой продукции.
Библиографический список
1. Микроволновая система разложения со встроенным бесконтактным датчиком температуры. Руководство пользователя. Версия.4.0. Перевод на русский язык Е.Серебрянский. 2005. 80 с.
2. Газовый хроматограф масс-спектрометр GCMS-QP2010 Plus. Руководство пользователя. 362 с.
3.Хроматограф «ХРОМАТЭК КРИСТАЛЛ 5000». Руководство по эксплуатации. Ч. 1,2,3. ЗАО СКБ «Хроматэк», 20l 0.
4. OPTIMA 7000 DV. Руководство пользователя. 2008. 246 с.
5. Папков С.П. Физико-химические основы переработки растворов полимеров. М.: Химия, 1971.
6. ГОСТ 26150-84. Газохроматографическое определение диметилфталата, диметилтерефталата, диэтилфталата, дибутилфталата, бутилбензилфталата, бис(2-этилгексил)фталата и диоктилфталата в водных вытяжках
из материалов различного состава. 2007.
7. ПНД Ф 16.1:2.3:3.44-05 Методика выполнения измерений массовой доли летучих фенолов в пробах почв, осадках сточных вод и отходов фотометрическим методом после отгонки с водяным паром. М., 2005. 15 с.
8. ПНД Ф 16.1:2.3:3.11-98 Методика выполнения измерений содержания металлов в твердых объектах методом спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой. М., 2005. 31 с.
9. ГН 2.2.5.794-99. Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны. Дополнения № 2 к ГН "ПДК вредных веществ в воздухе рабочей зоны (с приложениями).
10. ГОСТ 26150-84 Материалы и изделия строительные полимерные отделочные на основе поливинилхлорида. Метод санитарно-химической оценки. 24 с.
11. Негодяев Н.Д., Глухих В.В., Матерн А.И. Полимеры -химия и жизнь. Екатеринбург: Изд-во УГТУ, 1996.
12. Вольфсон В.А. Вторичная переработка полимеров // Высокомолекулярные соединения. 2000. Т. 42, № 11. С. 2000.
13. Вторичная переработка пластмасс / под ред. Ф.П.Ла
Мантиа. СПб.: «Профессия», 2006. 400 с.
14. Суворова А.И., Тюкова И.С., Труфанова Е.И. // Успехи химии. 2000.Т.69, №5. С.494-503.
15. Вторичное использование полимерных материалов / под ред. Е.Г. Любешкиной. М.:Химия, 1985.
УДК 620.197
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ВЫБРОСОВ ФТОРИДОВ НА КОРРОЗИЮ СТАЛИ В СНЕГОВОЙ ВОДЕ, ОСАДКАХ ДОЖДЯ И СНЕГА
А.Н.Баранов1, Н.И.Янченко2, Е.А.Гусева3, В.Л.Макухин4, А.М.Пухоленко5
1,2,3,5Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83. 4Лимнологический институт СО РАН, 664033, г. Иркутск, ул. Уланбаторская, 3.
Представлены результаты изучения коррозионных свойств стали Ст3 в атмосферных выпадениях зоны влияния выбросов промышленной площадки г.Шелехов. Ил. 4. Табл. 2. Библиогр. 6 назв.
Ключевые слова: фтор; коррозия стали; атмосферные осадки.
INVESTIGATION OF THE EFFECT OF FLUORIDE EMISSIONS ON THE STEEL CORROSION IN SNOW WATER, SEDIMENTS OF RAIN AND SNOW
A.N. Baranov, N.I. Yanchenko, E.A. Guseva, V.L. Makukhin, A.M. Pukholenko
National Research Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074. Limnological Institute of SB RAS
3 Ulanbatorskaya St., Irkutsk, 664033.
The article presents the study results of corrosion properties of ^3steel in the atmospheric precipitations of the waste influence zone of the Shelekhov industrial site.
4 figures. 2 tables. 6 sources.
Key words: fluorine; corrosion of steel; precipitation.
Актуальность исследования определяется необходимостью обеспечения устойчивого функционирования системы «производство алюминия - окружающая среда» в Приангарье на основе изучения свойств атмосферных осадков и снежного покрова, установления параметров и закономерностей изменения показателей атмосферной коррозии стали в зоне влияния выбросов алюминиевых заводов.
Производство алюминия электролизом в настоящее время является единственным промышленным способом его получения. Расходуемым фторсырьем для производства алюминия являются искусственный криолит, фтористый алюминий, регенерационный и флотационный криолит. Технология получения алюминия электролитическим способом включает электролиз окиси алюминия ^^^ в расплаве криолита
(Na3AlF6) при температуре 960°С. Процесс сопровождается образованием твердых и газообразных отходов, в составе газо-пылевых выбросов присутствуют также соединения фтора и серы.
В Приангарье расположены крупнейшие в мире Братский и Иркутский алюминиевые заводы (г.Шелехов), в 2010 г. произведено 1,36 млн т алюминия, что составляет 3,4 % от мирового производства. По данным ежегодных государственных докладов в период с 1988 по 2010 год в атмосферу г. Братска ежегодно поступало от 6,5 до 2,3 тыс. т газообразных и твердых фторидов, в атмосферу г. Шелехова в 2006 -2007 годах поступило 1,27-1,2 тыс. т общих фторидов. Накоплено достаточное количество фактов, свидетельствующих о негативном влиянии фторидов на качество жизни. Необходимо также учитывать и воз-
1Баранов Анатолий Никитич, доктор технических наук, профессор, тел.: (3952) 405265, e -mail: a_baranow@mail.ru Baranov Anatoly, Doctor of technical sciences, Professor, tel.: (3952) 405265, e-mail: a_baranow@mail.ru
2Янченко Наталья Ивановна, кандидат технических наук, старший научный сотрудник, тел.: (3952) 405265, e-mail: fduecn@bk.ru
Yanchenko Natalya, Candidate of technical sciences, Senior Researcher, tel.: (3952) 405265, e-mail: fduecn@bk.ru
3Гусева Елена Александровна, кандидат технических наук, тел.: (3952) 405265, e-mail: el.guseva@rambler.ru Guseva Elena, Candidate of technical sciences, tel.: (3952) 405265, e-mail: el.guseva @ rambler.ru
4Макухин Владимир Леонидович, кандидат технических наук, старший научный сотрудник, тел.: (3952) 426502, e-mail: aerosol@lin.irk.ru
Makukhin Vladimir, Candidate of technical sciences, Senior Researcher, tel.: (3952) 426502, e-mail: aerosol@lin.irk.ru
5Пухоленко Александра Михайловна, магистрант, тел.: (395 2) 405265, e-mail: deltaplano@rambler.ru Pukholenko Alexander, Undergraduate, tel.: (3952) 405265, e-mail: deltaplano@rambler.ru
