CC BY
7
УДК 661.183.2
Кострова П.И., Нистратов А.В., Курилкин А.А.
ТЕРМИЧЕСКИЙ СПОСОБ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ УТИЛИЗАЦИИ ПОСУДЫ ИЗ ЛАМИНИРОВАННОЙ БУМАГИ
Кострова Полина Андреевна, бакалавр 3 курса кафедры промышленной экологии, e-mail: kostrova.polina2017@yandex.ru
Нистратов Алексей Викторович, к.т.н., доцент кафедры промышленной экологии Курилкин Александр Александрович, к.т.н., доцент кафедры промышленной экологии; Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20
В настоящей работе предложен термический способ переработки использованных стаканов из ламинированной бумаги, которые сейчас не утилизируются. Образующиеся при температуре 550-800 °С углеродные остатки исследованы по показателям пористой структуры; выявлена их принадлежность к макропористым адсорбентам. Наиболее пористый карбонизат качественно испытан для удаления плёнки нефти с поверхности воды, показана его высокая эффективность при однократном применении. Ключевые слова: ламинированная бумага, отходы, пиролиз, адсорбент, нефть
THERMAL METHOD FOR SOLVING THE PROBLEM OF UTILIZATION OF DISHES FROM LAMINATED PAPER
Kostrova P.A., Nistratov A.V., Kurilkin A.A.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
In this work, we propose a thermal method for processing of used cups made of laminated paper, which are not utilized yet. The carbon residues formed at a temperature of 550-800 ° C were investigated according to the parameters of porous structure; their macroporous type was revealed. The most porous carbonizate has been qualitatively tested for removing a film of oil from the water surface and its high efficiency at a single application has been shown. Keywords: laminated paper, waste, pyrolysis, adsorbent, oil
Бумажный стакан для напитков состоит из двух слоев: наружный - картон, внутренний - специальная полипропиленовая пленка или РБЬБ (полиэтиленовое) покрытие. Она имеет экологическую маркировку С/РАР, означающую «многослойную упаковку». Из-за этого такую тару невозможно сдать на переработку (для повторного использования необходимо отделить картон от внутреннего слоя). Поэтому компании по переработке макулатуры в России не принимают стаканчики. Даже специализированный завод по переработке ламинированной бумаги отказывается принимать бумажные стаканчики из-под кофе.
В мире лишь несколько заводов берутся за такую работу, но и они перерабатывают малую долю стаканчиков, поскольку поставка использованной тары из кафе на предприятия не отработана. [1]
Материал для изготовления бумажных стаканчиков должен иметь свои особенности. Из-за того, что в месте шва бумага соприкасается с напитком, стаканчики делают не из вторсырья, а из первичной целлюлозы, а значит, ради их создания вырубают деревья. К примеру, не меньше 70% вещества стаканов изготавливают из хвойных деревьев и 30% - из лиственных. Материалы для производства одноразовых стаканов и посуды в основном изготавливают в Соединенных Штатах и Финляндии. [2]
В России количество ежегодно потребляемых бумажных стаканов оценивается в 6 млрд. шт (рис. 1),
они также не утилизируются. Эти обстоятельства делают задачу их переработки весьма актуальной.
Рис. 1. Использованная посуда из ламинированной бумаги
Известно [3], что практически любые углеродсодержащие отходы могут служить сырьём для получения адсорбционно активных материалов. Традиционная технология их производства включает дробление, карбонизацию (для древесины рекомендуется 550-750 °С [4]) и парогазовую либо химическую активацию. Авторы настоящей работы подвергли карбонизации измельчённые до размера 1 см фрагменты ламинированных стаканов и их картонных оболочек (для сравнения) с целью получить углеродные адсорбенты и оценить их качество.
Термообработка протекала в следующих условиях: сырьё помещали в закрытый тигель без
доступа воздуха в муфельную печь при скорости нагрева 10 °С/мин и конечной температуре 550-800 °С с выдержкой 0,5 ч. По завершении процесса твёрдые продукты взвешивали, определяя их массовый выход. Для полученных материалов были определены показатели, оценивающие их сорбционные свойства: суммарный объем пор V (ГОСТ 17219-71). Объём сорбирующих пор по бензолу, тетрахлорметану и воде определяли, помещая навески материалов в эксикаторы с насыщенными парами Н2О, СбИб, ССЬ при комнатной температуре (20±2 °С) и оставляя их на 7 суток до достижения постоянной массы.
Из полученных данных (а именно из разности суммарного объёма и объёмов сорбирующих пор) следует, что во всех образцах преобладают макропоры. Повышение температуры пиролиза в
пределах 625-800 °С незначительно меняет выход продукта и объёмы его сорбирующих пор. Описанная структура предопределяет целесообразность применения карбонизатов для поглощения из водных сред нефти.
Для установления способности материала собирать в порах и на внешней поверхности нефть в чашу с 50 мл дистиллированной воды было внесено по 0,5 мл (0,43 г) нефти из скважины №1 урочища Юськи (август 2015, Удмуртия). Средняя площадь растекания нефти составила 87 см2, средняя толщина слоя нефти 57 мкм. Затем в чашу было внесено 0,4 г адсорбента, полученного при 550 °С. Результаты наблюдений поглощения нефти сорбентом из стаканов представлены на рис. 2.
Таблица 1. Показатели выхода и пористой структуры карбонизатов
Температура выдержки, °С Выход, % Vz , см3/г Vs, см3/г
H2O C6H6 CCl4
550 19,2 1,63 0,007 0,009 0,0015
625 19,4 1,52 0,186 0,159 0,047
700 18,4 1,50 0,214 0,176 0,064
800 17,8 1,38 0,135 0,180 0,062
По прошествии 2 ч из чаши удалили насыщенный нефтью адсорбент, при этом он сохранял полную плавучесть. Большая часть нефти, как видно, прилипла к частицам карбонизата ламинированной бумаги, поверхность воды оказалась практически бесцветной. Исходя из высокой наблюдаемой степени очистки нефтеёмкость материала можно оценить как отношение массы поглощённой нефти (~0,4 г) к массе адсорбента (0,4 г), то есть 1 г/г. Этот показатель сопоставим с ёмкостью промышленных активных углей АГ-3 и БАУ-МФ по моторному маслу [5].
Стоит отметить, что летучие продукты пиролиза ламинированной бумаги (на их долю приходится более 80 масс. % выхода) близки к общеизвестным продуктам пиролиза древесины: древесная смола, низшие спирты, альдегиды и кислоты, оксиды углерода и газы-алканы, почти лишены соединений серы и азота. Эти обстоятельства делают их ценным жидким и газообразным топливом, сжигаемым для поддержания температуры пиролиза, и требующим минимальной очистки дымовых газов.
Таким образом, предлагаемый способ решения проблемы утилизации ламинированной бумажной
посуды позволяет одновременно ликвидировать не утилизируемый сегодня отход и превратить 4/5 его массы в топливо, а 1/5 - в макропористый адсорбент, пригодный для сбора разливов нефти.
Список литературы
1. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://recyclemag.ru/article/eko-pochemu-kofeinie-stakanchiki-vredyat-okruzhayuschei-srede-ekologichnie-alternativi.
2. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://kdi-trade.com/syre-dlya-proizvodstva-stakanchikov/.
3. Клушин В. Н., Родионов А. И., Кесельман И. Л. Углеродные адсорбенты на основе полимерсодержащих отходов. М.: Биоларус, 1993. 141 с.
4. Мухин В.М., Клушин В.Н. Производство и применение углеродных адсорбентов. Германия, Заарбрюкен: Lambert Academic Publishing, 2018. 308 р.
5. Передерий М.А., Кураков Ю.И., Маликов И.Н., Молчанов С.В. Сорбция нефтепродуктов углеродными сорбентами. Химия твердого топлива. 2009. № 5. С. 4246.
