Fizik kimyo atrof-muhit muammolarini hal qilish uchun aylanma iqtisod bilan uchrashganda: ReScA loyihasi bitumlarni yaxshilash va yoshartirish uchun chiqindi piroliz mahsulotlaridan qanday foydalanishga qaratilgan 1-qism

Abstrakt: Shahar chiqindilarini boshqarish juda qiyin vazifa: dunyoda ishlab chiqarilgan qattiq maishiy chiqindilarning 30 foizdan ortig'i yetarli darajada ishlov berilmaydi, axlatga ko'mish esa odatiy hol bo'lib qolmoqda. Chiqindilarning yana bir manbai - bu yo'l qoplamasi sanoati: xizmat muddati taxminan 10-15 yil bo'lgan asfaltlar qotib qoladi, yoriqlarga moyil bo'ladi va shuning uchun endi yo'l qoplamasiga moslashmaydi, shuning uchun ular chiqindilarga aylanadi. Ushbu muammolarni bir vaqtning o'zida hal qilish uchun ReScA loyihasi tomonidan aylanma iqtisodga asoslangan yondashuv taklif etiladi, bu esa qoldiqlari (neft va ko'mir) sifatida ishlatilishi mumkin bo'lgan MSW (yoki uning fraktsiyalari chiqindilari, RDF) ni qayta ishlash uchun pirolizdan foydalanishni taklif qiladi. asfalt aylanishi uchun qo'shimcha qiymatli ingredientlar. Chardan yaxshi ishlaydigan va bardoshli asfaltlarni tayyorlash uchun foydalanish mumkin, moy esa chiqindi asfaltlarni qayta tiklash uchun ishlatilishi mumkin, bu esa ularni ko'mib tashlamaslikdir. Taklif etilayotgan yondashuv shahar chiqindilarining oxirigacha (EoW) aylanishida boshqacha va foydaliroq yo'lni taqdim etadi. Ushbu kontseptsiyaning isboti quyidagi ikkita kuzatish orqali taklif qilinadi: (i) Char bitumlarning organik tabiatiga juda mos keladigan uglerodli zarralardan iborat, shuning uchun uning qo'shilishi bitumning umumiy tuzilishini mustahkamlashi, uning mexanik xususiyatlarini oshirishi va molekulyar sekinlashishi mumkin. uning qarish jarayonining kinetikasi; (ii) neft uglevodorodlarga boy, shuning uchun u chiqindi asfaltlarda malten fazasining kambag'al qismini boyitishi mumkin. Ushbu gipotezalar vakillik bitum namunasining mexanik xususiyatlarini yaxshilash va qarishdan keyin uni qayta tiklash uchun RDF pirolizidan olingan qoldiqlarni sinab ko'rish orqali isbotlangan. Taklif etilayotgan yondashuv jalb qilingan materiallarni fizik-kimyoviy o'rganish orqali taklif qilingan va bitumli materiallar kabi murakkab tizimlarning kimyoviy bilimlari atrof-muhit muammolarini hal qilishda qanday yordam berishi mumkinligini ko'rsatishga qaratilgan. Umid qilamizki, bu yondashuv kelajakda namunaviy usul sifatida ko'rib chiqiladi.

Sistanx glikozidi, shuningdek, yurak va jigar to'qimalarida SOD faolligini oshirishi va har bir to'qimalarda lipofusin va MDA tarkibini sezilarli darajada kamaytirishi, turli xil reaktiv kislorod radikallarini (OH-, H₂O₂ va boshqalar) samarali tozalash va DNKning shikastlanishidan himoya qilishi mumkin. OH-radikallar tomonidan. Cistanche feniletanoid glikozidlari erkin radikallarni kuchli tozalash qobiliyatiga ega, S vitaminiga qaraganda yuqori darajada kamaytirish qobiliyatiga ega, sperma suspenziyasida SOD faolligini yaxshilaydi, MDA tarkibini kamaytiradi va sperma membranasi funktsiyasiga ma'lum bir himoya ta'siriga ega. Cistanche polisaxaridlari D-galaktoza sabab bo'lgan eksperimental qarigan sichqonlarning eritrotsitlari va o'pka to'qimalarida SOD va GSH-Px faolligini oshirishi, shuningdek o'pka va plazmadagi MDA va kollagen miqdorini kamaytirishi va elastin miqdorini oshirishi mumkin. DPPHga yaxshi tozalash ta'siri, qarigan sichqonlarda gipoksiya vaqtini uzaytirish, sarumdagi SOD faolligini yaxshilash va eksperimental qarigan sichqonlarda o'pkaning fiziologik degeneratsiyasini kechiktirish Hujayra morfologik degeneratsiyasi bilan tajribalar Cistanche yaxshi antioksidant qobiliyatiga ega ekanligini ko'rsatdi. va terining qarish kasalliklarini oldini olish va davolash uchun dori bo'lish potentsialiga ega. Shu bilan birga, Cistanchedagi echinacoside DPPH erkin radikallarini tozalashning muhim qobiliyatiga ega va reaktiv kislorod turlarini tozalash va erkin radikallar keltirib chiqaradigan kollagen degradatsiyasini oldini olish qobiliyatiga ega, shuningdek, timin erkin radikal anionining shikastlanishiga yaxshi ta'sir ko'rsatadi.

Rou kong rong imtiyozlarini bosing

【Batafsil ma'lumot uchun:george.deng@wecistanche.com / WhatApp:86 13632399501】

1.Kirish

Har yili dunyo bo'ylab 2,01 milliard tonnaga yaqin qattiq maishiy chiqindilar (MSW) ishlab chiqariladi, ularning 33 foizi tegishli darajada qayta ishlanmaydi [1]; ko'pgina mamlakatlarda haqiqatan ham shahar chiqindilari (maishiy, maktab, sanoat, shifoxona chiqindilari va boshqalar [2]) haligacha qayta utilizatsiya yoki qayta ishlash faoliyatida mavjud bo'lmagan jarayonlar bilan tozalanadi. Qattiq maishiy chiqindilarni noto'g'ri boshqarish amaliyoti ijtimoiy va iqtisodiy muammolarni keltirib chiqaradi, atrof-muhitga jiddiy ta'sir ko'rsatadi va inson salomatligi uchun xavflarni oshiradi [1].

Evropaga nazar tashlaydigan bo'lsak, 2019 yilda 224,4 million tonna MSW ishlab chiqarilgan, ularning 31 foizi qayta ishlangan, 27 foizi energiyaga aylantirilgan, 18 foizi biologik tozalashdan o'tkazilgan, 24 foizi poligonga tashlangan va 1 foizi yondirilgan. Italiyada chiqindilarni qayta ishlash foizlari Yevropa tendentsiyasiga mos keladi, ammo nemis bilan solishtirganda, chiqindilarni boshqarishning yaxshiroq jarayoni amalga oshirilishi ta'kidlandi (Italiya va Germaniya foizlari: qayta ishlangan 33 foizga qarshi 48 foiz; energiyani qayta ishlash 21 foizga nisbatan 32 foizga, biologik tozalash 23 foizga qarshi 18 foizga, chiqindiga tashlash 23 foizga qarshi 1 foizga, yoqish 1 foizga qarshi 1 foizga teng) [3].

Chiqindilarni olib tashlash quyidagi oqibatlarga olib keladi:

- mamlakat landshaftini buzish;

- texnik xizmat ko'rsatish va transport xarajatlari [4], chunki poligonlar ko'pincha chekka hududlarda joylashgan;

- bakteriyalar va hasharotlarning ko'payishi tufayli sog'liq muammolari [5];

- tuproq, er osti suvlari (organik moddalarning parchalanishidan suyuqliklarning singib ketishi tufayli) va atmosferaning ifloslanishi (issiqxona gazi sifatida CO2 dan yigirma baravar zararli bo'lgan metan kabi gazsimon parchalanish mahsulotlari [6] [7]).

Termokimyoviy konversiyalash jarayonlari (piroliz, gazlashtirish, yonish yoki yoqish) MSWdan yoqilg'i va energiya ishlab chiqarish uchun qulay strategiyalardir [8]. 2010-2015 yillarda issiqlik bilan ishlov berish uchun MSW miqdori yiliga 921 tonnaga yetdi [8]. Afsuski, chiqindilarni yoqish va yoqish atrof-muhitga ahamiyatsiz ta'sir ko'rsatadi [9-11]. Haqiqatan ham, issiqlik bilan ishlov berishning maqsadi chiqindilarni noto'g'ri boshqarish natijasida yuzaga kelishi mumkin bo'lgan atrof-muhitga ta'sirni umumiy kamaytirishni ta'minlash bo'lishi kerak.

Chiqindilarni konvertatsiya qilish uchun piroliz jarayoni [8] O2 yo'qligida maxsus ishlab chiqilgan reaktorlarda, ma'lum harorat va bosim ostida amalga oshiriladi, bu (i) uchta qo'shimcha mahsulot (bio-neft, gaz va ko'mir) ishlab chiqarish imkonini beradi. [8,12–14]; (ii) energiyani qayta tiklashning yuqori samaradorligi va (iii) ifloslantiruvchi gazlar chiqindilarini kamaytirish [15].

Garchi ushbu o'ziga xos termokimyoviy jarayondan foydalanishning shubhasiz afzalliklari mavjud [8,16] va CO2 emissiyasi jihatidan sezilarli o'sish kuzatilmasa ham, kondensatsiyalanuvchi fraktsiya (bio-neft) va qattiq mahsulot (char) bilan bog'liq iqtisodiy daromadlar. to'liq aniqlanmagan, chunki:

- bio-neft - bu uglevodorodlar va kislorodli turlarni o'z ichiga olgan murakkab suyuqlik aralashmasi, molekulyar og'irliklari juda xilma-xil bo'lib, ulardan foydalanish va foydalanish hali ham qiyin;

- char - bu yuqori noorganik fraktsiyaga ega (xomashyoga qarab) qattiq uglerod asosidagi material bo'lib, uning funktsional ekspluatatsiyasini cheklaydi.

Bir necha mamlakatlarda hali ham ochiq bo'lgan yana bir tsikl - asfalt sikli. ~10-15 yildan so'ng asfaltlar qariydi, shuning uchun qattiq va mo'rt bo'lib, yo'l qoplamasi uchun yaroqsiz bo'lib qoladi, shuning uchun ular yangilari bilan almashtiriladi, chunki ularni qayta tiklash uchun qimmat kimyoviy ishlov berish kerak. So'nggi paytlarda hukumatlar va yo'l idoralari qimmat bo'lmagan va tobora tanqis bo'lgan materiallarni iste'mol qilishni kamaytirish va chiqindiga ko'milishdan qochish orqali yulka sanoati yanada barqaror bo'lishini talab qildi. Italiyada, boshqa Evropa Ittifoqi mamlakatlari singari, qayta tiklangan asfaltlarning atigi 20-30 foizi yangi qoplama jarayonlari uchun qayta ishlatiladi va 8-10 Vt. mavjud qayta tiklangan asfaltlarning foizi 2018 yilda chiqindixonaga tashlangan [17,18]. Olib tashlangan asfaltni qayta ishlatish yangi yo'l qoplama materiallarining umumiy xarajatlarini sezilarli darajada kamaytirishi mumkin [18,19]. Yo'l qurilishida chiqindi materiallardan foydalanish ham xarajatlarni kamaytirishga yordam beradi va ulardan bunday ko'lamda foydalanishning ortib borayotgan tendentsiyasini topish mumkin [20].

Ushbu ishda asfaltning ishlashini yaxshilash va ularning ishlash muddatini oshirish, shu bilan poligonlarga utilizatsiya qilishni kamaytirish uchun pirolizdan olingan qoldiqlardan foydalanishning foydali yo'li taklif etiladi. Chiqindilarni piroliz qilish natijasida olingan qattiq (char) va suyuq (bio-neft) mahsulotlardan yanada mustahkamroq va yuqori sifatli mahsulotlar ishlab chiqarish uchun foydali foydalanishga qaratilgan tadqiqot loyihasini (ReScA) yaqinda moliyalashtirish ushbu g'oyaning amalga oshirilishidan dalolat beradi. bitum va asfalt ishlarini bajarish, bu esa yo'l harakati xavfsizligini oshirish va chiqindilarni kamaytirishni kafolatlaydi.

Ushbu ish quyidagicha tashkil etilgan: birinchi navbatda, asfaltning xususiyatlarini yaxshilash uchun pirolizdan olingan qoldiqlardan foydalanish g'oyasining fizik-kimyoviy asoslari (2-bo'lim), so'ngra yondashuvning maqsadga muvofiqligi, shuningdek, metodologiya va amalga oshirilgan ishlar bilan tanishtiriladi. ReScA loyihasi doirasida hozirgacha 3 va 4-bo'limlarda, texnologik, ijtimoiy va iqtisodiy sohalarda kutilayotgan ta'sirlar 5-bo'limda, xulosalar esa kelajak istiqbollari bo'yicha ba'zi yakuniy izohlar bilan birgalikda 6-bo'limda keltirilgan. .

2. Chiqindilarni va asfalt davrlarini integratsiyalashning fizik-kimyoviy asoslari.

Polimerlar asfalt xususiyatlarini yaxshilash uchun keng tarqalgan qo'shimchalardir, ammo hozirgi kunga qadar ulardan foydalanish qimmatligi tufayli iqtisodiy bo'lmagan [20]. So'nggi tadqiqot yutuqlari chiqindilarni yoki chiqindi pirolizidan olingan mahsulotlarni paydo bo'ladigan bitum va asfalt qo'shimchalari sifatida ishlatish mumkinligini ko'rsatdi [20-24]. Bundan tashqari, yaqinda ko'mir qo'shilishi hisobiga asfaltning mexanik xususiyatlarini yaxshilashning fizik-kimyoviy asoslari baholandi [25-30]. Char asfalt qo'shimchasi sifatida ishlatilganda antioksidant va qarishga qarshi xususiyatlarni namoyish etadi va bio-moy eski asfaltlarda regenerativ xususiyatga ega bo'lib, past molekulyar og'irlikdagi molekulalar bilan malten fazasini tiklaydi [27,31].

Nano o'lchamdagi zarrachalar, ularning yuqori sirt-hajm nisbati va sozlanishi mumkin bo'lgan kimyoviy tarkibi tufayli, bitumga juda kichik foizlarda qo'shilsa ham, bitum va asfaltlarning reologik xususiyatlariga sezilarli ta'sir ko'rsatishi mumkin [32]. Xususan, mayda zarralar qoplamaning yuk ko'tarish qobiliyatini oshirishi va qoplamaning ishlash muddati davomida charchoq tufayli yoriqlar paydo bo'lishini kamaytirishi mumkin. Uglerodli zarralar bitum bilan kimyoviy muvofiqligi tufayli yaxshi natijalar berishi kutilmoqda (ular ikkalasi ham uglerodga boy materiallardir) [25]. Ko'mir g'ovakli va tolali tuzilishga ega bo'lib, bog'lovchi bilan kuchli o'zaro ta'sir qilish uchun javobgardir [28]. Bundan tashqari, uning yuqori uglerod miqdori bitumning qattiqligi va qattiqligiga ta'sir qilishi aniqlandi [33]. Chardan bitum modifikatori sifatida foydalanish turli mualliflar tomonidan sinovdan o'tkazildi [34,35] va barcha holatlarda yaxshilangan mexanik ko'rsatkichlar aniqlandi.

Ko'mir va bitumlarning o'zaro ta'siri ham qarishga qarshi ta'sirga ega bo'lishi mumkin. Ushbu gipotezani qo'llab-quvvatlaydigan kimyoviy asos shundan iboratki, ko'mirning apolyar qismining bitumning maltogen fazasi bilan o'zaro ta'siri ikkinchisini yanada cheklangan dinamikaga cheklab qo'yishi kutilmoqda. Shu sababli, bitumning o'zgarishi dinamikasiga to'sqinlik qiluvchi ko'mir kabi qattiq zarralarning mavjudligi qarish uchun mas'ul bo'lgan jarayonlarni, jumladan, turli uzunlikdagi va turli kuchlar bilan o'zaro ta'sir qiluvchi asfalten klasterlari va ularning agregatlarini o'z ichiga olgan dinamikani sekinlashtirishi mumkin [36].

Yaqinda Rajib va ​​boshqalar. 2021 yilda [37] bog'lovchi va asfaltda oksidlanish va UV qarishini kechiktirish uchun bioko'mirdan foydalanishning afzalliklarini o'rganib chiqdi va Kumar va boshqalar. [38] pirolizlangan plastmassa chiqindilari (PPC) bilan o'zgartirilgan bog'lovchilarning termal saqlash barqarorligini baholadi. Ularning ishi piroliz qoldiqlarini bitumlarda modifikator sifatida ishlatish mumkinligini ko'rsatdi, ammo barqarorlik muammolarini hal qilish uchun hali ham ko'p mehnat talab etiladi [38].

Qarish davrida asfaltda yoriqlar yoki yoriqlar paydo bo'lishi mumkin [39], chunki bitum kimyoviy komponentlari qo'llaniladigan stress ostida kamroq va kamroq harakatchan bo'ladi. Qarish bir nechta jarayonlarning umumiy natijasi bo'lib, ularning har biri o'z muddatlari bilan tavsiflanadi:

1. engilroq komponentlarning uchuvchanligi [40], bu hodisa hatto yangi asfalt yotqizish paytida ham sodir bo'ladi [41,42];

2. bitum tarkibiy qismlarining atmosfera kislorodi bilan oksidlanishi. Oksidlangan molekulalar ko'proq qutbli bo'lib, o'z-o'zini yig'ishni yaxshilaydi [43];

3. bitum ichida polimerizatsiya va kattaroq tuzilmalarning shakllanishiga olib keladigan kimyoviy reaktsiyalar (tiksotropiya) [44].

Qarishdan so'ng bitumning asl egiluvchanligi/qovushqoqligi qandaydir tarzda yumshatuvchi (odatda fluxing deb ataladi) moddalarni qo'shish orqali tiklanishi mumkin, masalan, oqim yog'i, soya yog'i, atala yog'i, moylash materiallari va boshqalar [45,46].

Bugungi kunga kelib, butun qarish jarayonida yuzaga keladigan oksidlanish, aglomeratsiya va o'z-o'zini yig'ish jarayonlarini kechiktirish orqali toza bitumning asl kimyosini va uning asl molekulalararo tuzilishini tiklashning yanada murakkab usullari [36,47] (yoshartirish) tuzilgan.

Bio-moydan foydalanishga kelsak, uning tarkibi uni mumkin bo'lgan oqim agentiga aylantirishi isbotlangan. Ushbu dasturning asosi bitumda mavjud bo'lganlar bilan o'zaro ta'sir qila oladigan amfifil molekulalarning mavjudligidadir. Har xil turdagi amfifil joylar o'rtasidagi o'zaro ta'sir, bunday molekulalarning murakkab tabiati va sezilarli ta'siri tufayli har xil bo'lishi mumkin, ayniqsa kislotali va asosiy molekulalar tizim ichida aloqa qilsa, kuchli H-bog'iga qulay energetik turtki tufayli. hosil bo'lishi yoki hatto zaryadlangan turlarning shakllanishi bilan aniq proton almashinuvi [48]. Ushbu doirada, Ren va boshqalarning ishi tomonidan so'nggi misol keltirilgan. 2020 yilda [49], bu erda biomassa pirolizidan olingan bio-moyning bitumga qo'shilishi uning samaradorligini oshirish uchun sinovdan o'tkazildi. Yaxshilangan bitum o'z-o'zidan yopishtiruvchi va dopingli issiq eritilgan qatlamlarga qo'llanildi. Bio-moy FT-IR, GC-MS va Karl Fischer titrlash orqali sinovdan o'tkazildi, bitumning ishlashi esa yumshatilish nuqtasi sinovlari, past haroratli moslashuvchanlik sinovlari, po'stlash kuchi sinovlari, yopishqoqlik, zichlik, qattiqlik va issiqlikka chidamliligini aniqlash orqali baholandi. , va yopishqoqlik sinovlari davom etdi. Jismoniy xususiyatlarni baholash natijalari shuni ko'rsatadiki, bio-bitum bitum qoplamalarining potentsial o'rnini bosadi.

Keyingi bo'limda ReScA loyihasi doirasida ushbu jihatlar qanday qo'llanilishi va keyingi tahlili haqida batafsil ma'lumot beriladi.

3. Metodologiya va dastlabki natijalar: ReScA loyihasi

ReScA loyihasi piroliz jarayonlaridan olingan bio-moy va koʻmirdan yaxshiroq va uzoq muddatli asfalt ishlab chiqarish, shuningdek, ular qarigan yoki charchaganidan keyin ularni joyida qayta tiklash uchun maqsadga muvofiq foydalanishga qaratilgan. ReScA ning yakuniy maqsadi shahar chiqindilari va asfalt davrlarini birlashtirishdir. U ikkita asosiy ustunga muvofiq amalga oshiriladi (1-rasm): (i) jarayonni optimallashtirish orqali piroliz mahsuloti xususiyatlarini sozlash; (ii) piroliz mahsulotlarini asfaltni shakllantirish va qarigan yoki charchagan holda yoshartirish uchun ishlatish.

Taklif etilgan yondashuv quyidagi umumiy afzalliklarga olib keladi:

1. neftdan olingan mahsulotlarni (masalan, xom neft) shahar qattiq chiqindilarining pirolizidan olingan mahsulotlar bilan almashtirish;

2. ko'mirdan foydalanish orqali asfaltlarning mexanik xususiyatlarini va uzoq umrini yaxshilash;

3. xarajatsiz va qurib qolgan asfaltlarni biomoy orqali joyida yoshartirish.

Yuqorida aytib o'tilgan imtiyozlar asfalt muddatining ko'payishi natijasida eskirgan asfaltlarni poligonlarda utilizatsiya qilish, CO2 emissiyasi va ishlab chiqarish xarajatlariga katta ta'sir ko'rsatishi kutilmoqda. Bundan tashqari, ReScA kontseptsiyasi, shahar chiqindilarining transformatsiyasidan pirolizni ekspluatatsiya qilishni (axlatdan olingan yoqilg'ilarga, RDFlarga) o'zlashtirib, bir vaqtning o'zida energiyani sezilarli darajada tiklashga imkon beradi [50] (isitish qiymati odatda 20 MJ atrofida). /kg [51]) va chiqindilarni ko'chirishni qisqartirish, COVIDdan keyingi-19 o'tishda qabul qilinishi kerak bo'lgan aylanma iqtisodiyot paradigmasini amalga oshirish.

3.1. Metodologiya (asfaltlarning piroliz, reologik xususiyatlari)

ReScA asfaltlarni yaxshilash va yaxshilash, ularni yanada chidamli va uzoq umr ko'rish (cho'g'irdan foydalanish orqali) va ularni joyida ishlatishga imkon berish uchun shahar chiqindilarini termokonvertatsiya qilish uchun qattiq va suyuq mahsulotlarni (ko'mir va bio-moy) noan'anaviy ekspluatatsiya qilishni davom ettiradi. bio-moydan foydalanish orqali regeneratsiya. ReScA - bu kimyogarlar, fiziklar va muhandislarning hamkorligidan foydalanadigan fanlararo loyiha bo'lib, piroliz orqali asfalt uchun qo'shimchalar ishlab chiqarish va tavsifini ta'minlash va reologik nuqtai nazardan asfaltning yaxshilangan ko'rsatkichlarini tavsiflashni ta'minlaydi.

3.1.1. Chiqindilarni termokonvertatsiya qilish sifatida piroliz yondashuvi

Piroliz jarayoni asosan yuqori uglerodli xom ashyoni (masalan, lignoselülozik biomassalar, RDFlar, plastmassalar, shinalar) uchta asosiy mahsulotga aylantirish imkonini beradi:

- suv, uglevodorodlar va kislorodli turlarga boy kondensatsiyalanuvchi fraksiya (bio-neft) [14,52–54];

- gazlar aralashmasi (asosan CO, CO2 va CH4) isitish qiymati tufayli jarayonni energiya bilan ta'minlash uchun ishlatilishi mumkin [14,52,55-58];

- qattiq uglerodga boy qoldiq (char) [52,59].

Ishlash harorati diapazonlari, isitish tezligi, atmosfera (inert gazlar tipologiyasi) va bug'lar va qattiq moddalarning piroliz kamerasida turish vaqti piroliz jarayonlarini to'rtta keng toifaga yig'ib, kerakli natijalarga qarab sozlanishi mumkin: sekin, an'anaviy, tez va chaqqon piroliz [52]. Isitish tezligi 0,1–1 ◦C/s (sekin piroliz) dan 1000 ◦C/s dan yuqori (chaqmoqli piroliz) gacha oʻzgarib turadi, anʼanaviy ravishda jarayonning harorati 300–600 ◦C orasida boʻladi.

Ishlash parametrlarining mahsulot rentabelligiga ta'sirini ta'kidlash uchun 2-rasmda turli xil yakuniy haroratlarda va turli xil isitish tezligida o'tkazilgan sinovlar natijasida olingan lignoselülozik biomassadan olingan piroliz mahsulotlarining rentabelligi o'rtasidagi taqqoslash haqida xabar berilgan. Umumiy ko'rsatkich sifatida sekin piroliz sharoitlari ko'mir ishlab chiqarish uchun mos keladi, ayniqsa past haroratlarda, bir xil haroratlarda esa tez yoki tez piroliz sharoitlari gaz va suyuqlik ishlab chiqarishni maksimal darajada oshirish uchun javob beradi. Xususan, yuqori haroratlarda, agar jarayon bug'ning yashash muddati uzoq bo'lgan sharoitda (past isitish tezligida, masalan, sekin piroliz sharoitida) amalga oshirilsa, gaz fraktsiyasining unumi ikkilamchi reaktsiyalardan beri maksimal darajaga etadi (masalan. , yorilish) dolzarb bo'lib qoladi va char kislorod miqdori kamaygan tuzilish tomon rivojlanadi (birlamchi char deb ataladi). Aksincha, yuqori qizdirish tezligida (masalan, tez va chaqqon piroliz sharoitlarida) gazning chiqishi suyuqlik fraktsiyasining yuqori hosil bo'lishini ta'minlash uchun kamayadi, chunki ikkilamchi reaktsiyalar (masalan, kichik molekulalarga parchalanish) cheklangan [52]. Lignoselülozik biomassa turlarining piroliziga oid qo'shimcha ma'lumotlarni Giudicianni va boshqalarning so'nggi sharhida topish mumkin. [52], MSW piroliziga oid tafsilotlarni Hasan [60] sharhida topish mumkin.

Har xil turdagi jarayonlarning energiya iste'moli dastur maqsadlarida e'tiborga olinishi kerak bo'lgan yana bir muhim jihatdir. Biroq, ma'lum bir jarayonning iqtisodiy samaradorligini baholash uchun butun ishlab chiqarish zanjiri, shu jumladan piroliz mahsulotlarining oxirgi foydalanuvchilari hisobga olinishi kerak. Bunday baholashda hayot aylanishini baholash (LCA) zarur bo'ladi.

Piroliz jarayoni moslashuvchan termokonversiya strategiyasidir, chunki har bir piroliz mahsulotining tarkibi mos parametrlar bo'yicha harakat qilish orqali sozlanishi mumkin. Ushbu optimallashtirish ushbu keng tadqiqot sohasining asosiy tendentsiya mavzularidan biri bo'lgan boshlang'ich xom ashyo tarkibini batafsil tavsiflashni nazarda tutadi [52]. Standartlashtirilgan protokollar (ASTM protokollari) elementar tarkibni (yakuniy tahlil orqali C, H, N, S tarkibi), namlik, kul, uchuvchi moddalar va qattiq uglerod tarkibini (taxminan tahlil qilish orqali) va xom ashyoning isitish qiymatini aniqlash uchun. shartli ravishda qabul qilinadi [61].

ReScA loyihasiga kelsak, tanlangan xom ashyo (RDF) shahar chiqindilarini boshqarishdan olinadi va amaldagi qonunchilikka muvofiq barqarorlashtiriladi. RDF - bu yuqori uglerod miqdori va yuqori issiqlik qiymati bilan ajralib turadigan MSWning yonuvchan qismidir, chunki uning tarkibiga qattiq plastmassalar, qadoqlash chiqindilari, to'qimachilik, yog'och, metallar va kauchuk kiradi [62]. RDF mexanik-biologik zavodlarda MSWni saralash uchun quyidagi ketma-ket jarayonlarning yakuniy qoldig'i sifatida ishlab chiqariladi: (i) qayta ishlanadigan materiallarni (masalan, plastmassa, metallar, shisha, qog'oz) qayta tiklash; (ii) biologik parchalanadigan chiqindilarni biologik barqarorlashtirish; (iii) inert chiqindilarni ajratish [62].

RDF yuqori kompozitsion o'zgaruvchanlik bilan tavsiflanadi, bu uning umumiy termal harakatiga ta'sir qiladi. Turli mualliflar tomonidan bildirilgan o'rtacha RDF tarkibi quyidagicha: 15-35% plastmassa, 15-50% tsellyulozali qog'oz va karton, 2-10% yog'och, 5-20% organik moddalar va taxminan 5-10% yonmaydigan moddalar. 62–64].

RDF ning umumiy termal degradatsiyasiga asosan ikkita ko'proq fraktsiyalarning (tsellyuloza va plastik fraktsiyalar) termal degradatsiyasi ta'sir qiladi [64]. RDF kengroq harorat oralig'ida (200–600 ◦C, 4-rasm) parchalanadi, lekin uglerodga boy materiallarga nisbatan pastroq haroratda [65]. Uning past qattiq uglerodliligi, yuqori uchuvchi moddalari [64] va 10 dan 20 foizgacha bo'lgan uchuvchan bo'lmagan moddalarning mavjudligi (metallar parchalanishni katalizlashi mumkin) bunday pirolitik xatti-harakatlar uchun javobgardir.

RDF komponentlarining depolimerizatsiya va monomer parchalanish jarayonlari qattiq (char), suyuqlik (bio-neft) va gazsimon fraksiyalarning, ayniqsa molekulyar og'irliklari past bo'lganlarning nisbiy miqdorini tartibga soladi.

RDF ning termal degradatsiyasida sodir bo'ladigan hodisalarni yaxshiroq tushunish uchun, shuningdek, isitish tezligi va oxirgi harorat ikkinchisiga qanday ta'sir qilishi mumkinligini ta'kidlash uchun massa yo'qolishi (termogravimetrik tahlil, TGA bilan o'lchanadi) va differentsial termogravimetrik signal ( Misol sifatida tanlangan RDFning DTG) ikki xil isitish tezligi (5 va 50 ◦C/min) uchun 3-rasmda keltirilgan. Harorat yoki yashash vaqtiga bog'liq holda massa yo'qolishi bir vaqtning o'zida parchalanish, oksidlanish va uchuvchi moddalarning yo'qolishi bilan bog'liq [66]. Ikki TG egri chizig'i uchun kuzatilgan farqlar degradatsiya mexanizmiga isitish tezligi ta'sir qilishini va natijada piroliz jarayonining chiqishidagi uchta fraktsiyaning (gaz, ko'mir va bio-neft) nisbiy miqdorini ko'rsatdi. turli parametrlar (asosan harorat diapazoni, isitish tezligi va gazning yashash vaqti) bo'yicha ishlash orqali sozlanishi mumkin.

Yakuniy eslatma sifatida, 2005 yildan beri LCA yondashuvidan foydalanib, plastik chiqindilarni piroliz bilan qayta ishlashning umumiy ekologik ko'rsatkichlarga erishish uchun ustunligi, masalan, ko'milish yoki yoqish kabi an'anaviy variantlardan ko'ra yaxshiroq ekanligi isbotlangan [67]. Yaqinda Jeswani va boshqalar. [10] chuqurroq LCA tahlilini oʻtkazdi, shuni koʻrsatdiki, agar aralash plastik chiqindilarni piroliz bilan qayta ishlash iqlim oʻzgarishiga taʼsiri va hayot aylanish jarayonida energiyadan foydalanish energiyani qayta tiklash variantidan 50 foizga kam boʻlsa ham, kislotalanish, evtrofikatsiya va fotokimyoviy kabi boshqa taʼsirlar. va ozon hosil bo'lishi, piroliz va tozalash jarayonlarida nisbatan yuqori energiya talabi tufayli mexanik qayta ishlash va energiyani qayta tiklashga qaraganda yuqori. Shuning uchun, Jeswani va boshqalarning natijalari. [10] kelajakda uning ta'sirini yanada kamaytirish uchun chiqindi pirolizining uglerodga aylanish samaradorligini oshirish bo'yicha tadqiqot ishlarini yaxshilash zarurligini ta'kidlaydi.

3.1.2. Asfaltlarni tayyorlash, qarish, yoshartirish sinovlari va reologik xarakteristikalar

Asfalt komponentlarini (asosan bitumli fraktsiya) va asfalt prototiplarini tavsiflash uchun odatda keng ko'lamli standart reologik testlar qo'llaniladi.

ReScA loyihasi doirasida turli xil miqdordagi ko'mirni o'z ichiga olgan bitum namunalari tayyorlanadi va ularning barqarorligini baholash turli usullar bilan amalga oshiriladi: penetratsion darajadagi tajribalar (EN 1426: 2015), halqa va shar sinovlari (EN 1427: 2015), NMR diffuziya tajribalari, differentsial skanerlash kalorimetriyasi (DSC) o'lchovlari, G0, G00 va tan deltasi uchun reometriya o'lchovlari, charchoq va charchoq parametrlari, qora diagrammalar tahlili, mikroskop tasviri (optik, AFM) va infraqizil spektroskopiya o'lchovlari. Yaxshi barqarorlikka ega bo'lgan ko'mir bilan o'zgartirilgan bitumlar asfalt prototiplarini tayyorlash uchun ishlatiladi. Asfalt prototiplarini tayyorlash standart protokollar bo'yicha (UNI EN 12697-31) giratorli zichlagichni o'z ichiga olgan holda amalga oshiriladi. Batafsil ravishda, noorganik zarrachalarning o'lchamlari bo'yicha taqsimlanishi Italiya standart spetsifikatsiyalariga [19] muvofiq tanlanadi, shu bilan birga Strategik magistral tadqiqotlar dasturi (Superpave SHRP) [20] doirasida Superior Performing Asphalt Pavements usuli bilan belgilangan chegaralarga javob beradi. ]. Asfalt namunalarini ishlab chiqarish uchun maxsus agregat gradatsiyalari yirtiqqa qarshi hodisalarni [21] taʼminlash va aralash loyihalash usuliga (UNI EN 933-1) rioya qilish uchun tanlanadi. Barqarorlikni baholash standart Marshall barqarorlik testi (ASTM D6927) yordamida amalga oshiriladi.

Ko'mir qo'shilishi bilan berilgan qarishga qarshi ta'sirni baholash uchun ko'mir bilan o'zgartirilgan bitumlarda qarish testlari o'tkaziladi. Qarishni taqlid qilish ASTM D2872-04 standart protokoliga muvofiq yuvilgan yupqa plyonkali pech sinovining (RTFOT) standart protsedurasi va ASTM D6521 ga muvofiq bosimli qarish idishi (PAV) sinovi bilan amalga oshiriladi. protokol. Qarish jarayonidan keyin mexanik xususiyatlarni tavsiflash barqarorlikni baholash uchun ishlatiladigan analitik usullar bilan amalga oshiriladi.

Bio-moyning yoshartiruvchi yoki oquvchi vosita sifatida samaradorligini tekshirish uchun eski bitum namunalari yuqorida aytib o'tilgan usullar bilan tavsiflanadi va keyin ko'payib borayotgan bio-moy bilan ishlov beriladi. Olingan namunalarning mexanik xususiyatlarini baholash va bunday natijalarni bokira va eski bitumlar bilan taqqoslash bio-moy qo'shilishining ta'sirini aniqlash imkonini beradi.

Bu barcha xarakteristikalar natijalarini to'plash bitum tarkibiy qismlari va nanozarrachalar ko'rinishidagi qo'shimchalar o'rtasidagi o'zaro ta'sir mexanizmlarini tushunishni kuchaytirishi kutilmoqda, bu bog'lovchi va hosil bo'lgan asfaltning ishlashi va chidamliligini oshirish uchun javobgardir.

Taklif etilayotgan yondashuvning isboti sifatida, keyingi bo'limda amaliy tadqiqot sifatida tanlangan xom ashyo bo'lgan RDF bo'yicha ba'zi dastlabki natijalar keltirilgan.

【Batafsil ma'lumot uchun:george.deng@wecistanche.com / WhatApp:86 13632399501】