ศึกษากระบวนการนำกลับมาใช้ใหม่ของขยะพลาสติกชนิด PET ด้วยวิธีไพโรลิซิส

Abstract

ปัจจุบันการย่อยสลายขยะพลาสติกเพท (Polyethylene Terephthalate, PET) ที่ใช้ระยะเวลานานนับร้อย ๆ ปี ถือเป็นปัญหาที่สำคัญอย่างหนึ่งที่เกิดขึ้นในสังคม กระบวนการวิธีรีไซเคิลพลาสติก ชนิดนี้จึงถูกคิดค้นขึ้นมาด้วยหลากหลายวิธี เช่น การรีไซเคิลด้วยกระบวนการทางเคมี การรีไซเคิลเชิงกล วิธีเผาไหม้เป็นต้น แต่วิธีเหล่านี้ยังมีข้อเสียเปรียบมากมายและยังส่งผลต่อการทำลายสิ่งแวดล้อมของโลก ดังนั้น การใช้กระบวนการรีไซเคิลที่เหมาะสมจึงเป็นเรื่องสำคัญอย่างยิ่งกระบวนการไพโรลิซิส (Pyrolysis Technique) เป็นวิธีการหนึ่งที่ช่วยลดปัญหาชยะพลาสติกเพทได้ โดยหลักการของวิธีนี้เป็นการเปลี่ยนขยะพลาสติกเพทด้วยความร้อนโดยปราศจากออกซิเจนให้เป็นผลิตภัณฑ์น้ำมัน ก๊าซเชื้อเพลิงและกากของแข็ง กระบวนการไพโรลิซีสสามารถกระทำได้หลายลักษณะขึ้นอยู่กับแหล่งพลังงานความร้อนที่ใช้ คลื่นไมโครเวฟได้ถูกนำมาใช้เป็นแหล่งพลังงานความร้อนในกระบวนการไพโรลิซีสซึ่งมีข้อได้เปรียบ เช่น ให้ความร้อนที่เท่าเทียมกันตลอดวัตถุ เป็นกระบวนการที่รวดเร็วซึ่งเรียกว่า กระบวนการไพโรลิซีสแบบรวดเร็ว (Fast pyolysis) ดังนั้น งานวิจัยนี้จึงศึกษาการนำขยะพลาสติกเพทมารีไซเคิลจาการใช้ประโยชน์ของกระบวนการไพโรลิซิสด้วยพลังงานความร้อนจากคลื่นไมโครเวฟ กระบวนการไพโรลิซีสด้วยความร้อนไมโครเวฟของขยะพลาสติกได้ออกแบบให้อยู่ภายใต้บรรยากาศไนโตรเจน ตัวแปรที่ได้ศึกษามีดังนี้ อุณหภูมิ ระยะเวลาปฏิกิริยา สัดส่วนผงถ่านที่ใช้ผสมและขนาดพลาสติกเพท และการทดสอบองค์ประกอบทางเคมีของผลิตภัณฑ์น้ำมันและกากของแข็งเป็นหนึ่งในวัตถุประสงค์ของงานวิจัยนี้ด้วย จากการทดลองพบว่า การเสื่อมสลายของพลาสติกเพทมีการเปลี่ยนแปลงมีนัยสำคัญเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงปัจจัยอุณหภูมิและสัดส่วนผงถ่านที่ผสม อุณหภูมิและสัดส่วนผงถ่านที่เหมาะสมและมีผลต่อร้อยละการเสื่อมสลายพลาสติกสูงถึงร้อยละ 59.34 เท่ากับ 630 องศาเซลเซียส และร้อยละ 17 โดยน้ำหนักของผงถ่าน ในขณะที่การเสื่อมสลายของพลาสติกเพทมีการเปลี่ยนแปลงอย่างไม่มีนัยสำคัญกับระยะเวลาของปฏิกิริยาและขนาดของพลาสติก โดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงการเสื่อมสลายของพลาสติกหลังจากการเพิ่มระยะเวลาของปฏิกิริยาสูงกว่า 20 นาที และขนาดพลาสติกมากกว่า 2มิลลิเมตร สัดส่วนของผลิตภัณฑ์ไพโรลิซีสที่ได้จากสภาวะปัจจัยของการทดลองที่เหมาะสมเป็นดังนี้ ผลิตภัณฑ์น้ำมันร้อยละ 13.48 ผลิตภัณฑ์ก๊าซร้อยละ 45.86 ผลิตภัณฑ์กากของแข็งร้อยละ 40.66 เมื่อมีการทดสอบองค์ประกอบเชิงธาตุของผลิตภัณฑ์กากของแข็งพบว่าประกอบด้วย คาร์บอนร้อยละ 49.81 ไนโตรเจรร้อยละ 38.40 ออกซิเจนร้อยละ 11.32 และอื่นๆ เช่น ซัลเฟอร์ คลอไรด์ ฟลูออไรด์ รวมร้อยละ 0.48 และองค์ประกอบสารเคมีของผลิภัณฑ์น้ำมันประกอบด้วยสารไฮโดรคาร์บอนที่มีจำนวนคาร์บอนตั้งแต่ C6-C14 โดยสารประกอบเคมีหลักๆคือเบนซิน เบนโซอิกเอซิด และไบฟีนีล Abstract Polyethylene Terephthalate (PET) wastes has been serious problem to final disposal. Many techniques such as chemical recycling, mechanical recycling and incineration method have been using to treat PET wastes but there are lots disadvantages happened. To overcome demerits of these methods, pyrolysis technology was used. Pyrolysis has an advantage to recover the value added products from PET such as liquid and gaseous fuel, activated carbon and monomer recovery. Pyrolysis through microwave irradiation is new technology that can heat objects more uniformly at the shorter time than conventional heating method. Therefore, microwave pyrolysis was employed in this study as environmentally-sound technology to treat PET packaging from healthcare wastes. In this study, microwave pyrolysis process was carried under nitrogen atmosphere; there are four parameters that were investigated; temperature (T), residence time (t), charcoal percentage (C) and particle size (S). The experimental results were used to identify the best value of parameters that give the highest decomposition. Each effect of parameters was statistically analyzed to represent the highest the composition. The results obtained show that decomposition percentage was significantly affected by the temperature and the charcoal percentage. On the other hand, the effected of residence time and the effect of particle size were found to be not significant. The best parameters obtained 59.34% decomposition at 360°C for 20 minutes, 17% of charcoal using 2 mm of PET particle size. Furthermore, at best condition, the percentage of each product was 40.66% of residual solid, 13.48% of oil and 45.86% of gaseous product. Analysis of the oil was conducted by GC-MS. The oil product mainly contained benzene, benzoic acid and biphenyl. Also, SEM-EDX analysis was used to classify element of the residual solid. The result shows that residual solid contained 49.81% carbon, 38.40% nitrogen and 11.32% oxygen.