CHEMICAL RECYCLING OF WASTE PLASTICS BY SOLID ACID AND BASE CATALYSTS
著者 Zhang Zhibo
journal or
publication title
静岡大学大学院電子科学研究科研究報告
volume 19
page range 215‑217
year 1998‑03‑30
出版者 静岡大学大学院電子科学研究科
URL http://hdl.handle.net/10297/1569
氏名0(本籍
)
張志
波 (中
国
)
学 位 あ種 類
博
士
(工
学)
学 位 記 番 号
工博 甲第
16
号 学位授与の日付平 成 9年 3月 22日
学位授与の要件
学位規程第5条第 1項 該当 研究科・専攻の名称
電子科学研究科
電子材料化学
学位論文題目
CHEMICAL RECYCLING OF WASTE PLASTICS BY SOLD ACD AND BASE CATALYSTS
(固体酸触媒 と固定塩基触 による廃棄プラスチックのケミカ ル リサイクル
)
論 文 審 査 委 員 (委 員長)
教 授 金 子 正 治
教 授 稲 垣 訓 宏 教 授 秋 山 鐵 夫
教 授 上 野 晃 史 教 授 盛 岡 良 雄
論 文 内 容 の 要 旨
In recent years, recyclihng of waste plastics has attracted increasing attention from the viewpoint of environ- mental preservation, and also due to its parctical importance to recovering of energy source. there are three main tlpes of wast plastics recycling, that is, material recycling, thermal recycling and chemical recycling. The mate- rial recycling is a simple method to reuse waste plastics, and which has been applied in the plastics processing industries. The thermal recyling is to get thermal energy by burning waste plastics, but this technique requires high calorie incinerator. Moreover it occures harmful gases such as dioxin and hydrogen chloride gases while burning. The chemicl recycling is to convert waste plastics into corresponding monomers or raw chemicals by chemical treatment. Of various techniques employed for recycling of waste plastics mentioned above, the chemi- cal recycling of waste plastics is acknowledged to be the most attractive one.
More than70%o of the plastics currently produced are polyethylene, polypropylene, polystyrene and polyviniyl chloride, so that most of the recent studies on recycling of waste plastics deal with above four polymers. Within waste plastics, polyethylene and polypropylene are expected to be converted into fuel oils, while polystyrene is expected to be recycled into styrene monomer. However, in the case of polyvinyl chloride, the main problem is how to evolve chloride ions which corrode the recycling plant rapidly.
In the present study, the catalytic degradation of polystyrene and polyethylene into the corresponding monomer
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or fuel oil, have been investigated by the use of solid acid and base catalysts. In addition, a design of chemically recyclable polystyrene resins, in which small quantities of solid base catalysts are dispened in various forms, has also been proposed. The research for fixing of the chloride ions evolved from polyvinyl chloride has been carried out by adding various sodium salts and metal ammonium salts.
In the present study, the mechanisms of the degradation of polystyrene into styrene monomer over solid acid and base catalysts have also been briefly discussed, since there are significant differences between the composi- tions of distillates yielded over solid acid and over solid base catalysts for its degradation. A free radical mecha- nism is offered for the degradation of polyethylene to explain the observed results.
This paper consists of six chapeters. In the first chapter, the research objectives, the situation and problems in recycling of waste plastics and the outline of this thesis are described. In the second chapter, the catalytic degra- dation of polystyrene into styrene monomer over solid base and acid catalysts is described. In addition, the degradation of polystyrene over transition metal oxides is also described. Because of high yields of distillates from the polystyrene degradation and high selecrivity into styrene monomer in the distillates, ond of fast polysty- rene degradation rates over solide base catalysts, which are emphsized to be effective catalysts for the chemical recycling of waste polystyrene. Among the solid base catalysts, barium oxide is found to be the most effective, since more than 88 wt%o of polysyrene was converted into styrene monomer and dimer.
In the third chapter, the preparation of chemically recyclable polystyrene films is described. In order to make a design of chemically recyclable polystyrene, barium oxide powders, the most effective catalyst for the chemical recycling of waste polystyrene, were dispersed into polystyrene when films were molded. Thermal degradation of
these films into styrene monomer and dimer were successfully carried out without assistance of any other catlysts.
It is found that in order to complete the degradation of the films into styrene monomer and dimer, the amount of barium oxide powder dispersed into the polystyrene films could be as little as lwt%o of the films. In the degrada- tion of these films, more than92 wt%o of polystyrene is converted into distillate, and the amount of styrene mono- mer and dimer in distillate is around 96 wt%o. Therefore, a possible design of chemically recyclable polystyrene resins is to disperse small quantities of solid base catalysts, such as barium oxide, into fresh polystyrene products.
In the fourth chapter, the catalytic degradation of polyethylene into fuel oil over solid acid and base catalysts is described. The procuct distributions for the degradation of polyethylene over solid acid and base catalysts are discussed. It is found that solid acid catalysts, such as silica-almina and IZSM-S zeolite, are effective to degrade waste polyethylene into fuel oils.
In the fifth chapter, the research for fixing of the chloride ions in dehydrochlorination of polyvinyl chloride by adding various sodium salts and metal ammonium salts is describd. When heating polyvinyl chloride for recy- cling of waste plastics, the products contain harmful hydrogen chloride gases, which will cause air pollution and corrode the recycling plant rapidly. The results show that the chloride ions evolved from polyvinyl chloride can be fixed by reacting with some salts to form solid state metal chlorides or ammonium chlorides.
In the sixth chapter, the conclusions of this study are briefly summarized.
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論 文 審 査 結 果 の 要 旨
本論文は地球環境負荷の低減 と炭素資源の循環 という視点か ら、廃棄プラスチ ックのリサイクル技 術 に関する研究をまとめたものである。論文は6章 か ら構成 されている。1章では廃棄 プラスチ ックの リサイクル技術 についてその現 と問題点 を説明 し、本研究を始めるに至った背景 と目的を述べている。
廃棄 プラスチ ックの リサイクル技術は3種類の方法に大別 される。一つはマテリアルリサイクルと呼ば れる ものであ り、廃棄 プラスチ ックの再生利用 に関する技術で もある。他の一つはエネルギーリサイ クル と呼ばれるものであ り、これは廃棄 プラスチ ックをそのまま、あるいは固形燃料や液体燃料 に転 換 して燃焼 し、電気エネルギーとして回収する技術である。残 りの一つはケ ミカルリサイクルと呼ば れ、廃棄 プラスチ ックを分解 し、その原料である化学品を回収する技術である。
本論文ではケ ミカルリサイクルとして、廃棄ポリスチ レンからスチ レンを回収する技術 を研究 し、
2章お よび3章にまとめて記述 している。2章 ではポリスチ レンを分解 してスチ レンを回収するための触 媒探索 について述べている。30種類 にお よぶ触媒について検討 した結果、塩基性 を示す触媒が有効で あることを確認 した。特 に、酸化バ リウムを触媒 として用いた場合はポリスチ レンの90重 量%がスチ レンとして回収で きることを見いだ している。回収 されたスチ レンは精製後、再びポリスチ レンの製 造 に利用 されるので、炭素資源の循環 システムが完成することになる。 また、ポリスチ レンの分解機 構 を研究 して、なぜ塩基性触媒が有効であるかについて も説明 している。3章では、この酸化バ リウム 粉末 を少量分散 したポ リスチ レンフィルムや発泡スチロールを試作 し、これを粉砕後熱分解するだけ で90重量%近くがスチ レンとして回収で きることを示 している。 このような触媒分散型プラスチ ック 製品は、その廃棄時におけるリサイクル方法 も考慮 して設計 された製品である。
4章ではエネルギーリサイクルの一環 として、ポリエチ レンの接触分解による液体燃料を回収技術に 関する研究が述べ られている。ここでは、ポ リエチ レンか らガソリンを主成分 とする液体燃料 を回収 するためには、ゼオライ トやシリカ・ アル ミナなどの酸性触媒が有効であることを確認 している。5章 では、 これか らの問題 としてポリ塩基 ビニルの リサイクル時に発生する塩化水素の固定化方について の研究が まとめられている。種々の塩化水素固定化材料について検討 した結果、金属塩化物 と同時に 塩化 アンモニウムとしても固定で きるクエ ン酸鉄アンモニウムが有望であることを確認 している。6章 は本研究による成果 を簡明にまとめた結論である。
以上のことか ら、本論文は環境保全 と炭素循環を考慮 した、これからのプラスチ ック製品 として一 つの方向を示 したものであ り、博士(工学)に値すると判定 した。
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