21 Septembrie 2017

RECICLAREA MATERIALELOR PLASTICE:

O nouă metodă de reciclare a polistirenului expandat

Autori

  • Bandac Carina, clasa a X-A, Colegiul Naţional "Mihai Eminescu" Iaşi
  • Grosu Elena, clasa a X-A, Colegiul Naţional "Mihai Eminescu" Iaşi
  • Pălimaru Iolanda, clasa a X-A, Colegiul Naţional "Mihai Eminescu" Iaşi

Coordonator

  • prof. Cecilia Foia, Colegiul Naţional "Mihai Eminescu" Iaşi

Problematica reciclării materialelor plastice

Producţia globală anuală de produse polimere (plastice) este de aproximativ 100 de milioane de tone. Aproximativ 8% din producţia totală de petrol este consumată pentru industria maselor plastice (materie primă şi energie consumată). Majoritatea produselor din materiale plastice au un ciclu de viaţă scurt (sunt utilizate mai puţin de un an), prin urmare, deşeurile din plastic reprezintă o parte importantă din masa totală de deşeuri - peste 10% din masă (peste 26% din volum). Producerea materialelor plastice determină exsistența a două mari probleme: materia primă pentru producerea materialelor plastice (ţiţei) este non-regenerabilă; majoritatea materialelor plastice nu sunt bio-degradabile. Pentru bio-degradarea deşeurilor din materiale plastice de pe un teren trebuie să treacă sute de ani.

Din documentarea efectuată a rezultat că pentru anii 2008-2009, Statele Unite ale Americii și China produc anual cca 15 milioane tone deșeuri polimerice solide, Marea Britanie produce cca 13 milioane tone deșeuri polimerice, Germania cca 11 milioane tone...Romania produce cca. 2,8 milioane de tone deșeuri polimerice. În timp ce tot mai multe țări, conștiente de problematica poluării pun la punct infrastructuri și tehnologii de reciclare a deșeurilor și stabilesc obiective precum "reciclarea a peste 70% din deșeurile produse", Romania nu deține o astfel de infrastructură, mediile politice economice nu consideră "reciclarea deșeurilor" un obiectiv și se reciclează mai puțin de 3% din deșeurile polimerice.

Din documentarea efectuată a mai rezultat că principalele tipuri de deșeuri polimerice solide din SUA sunt constituite din: polietilena de joasa densitate (LDPE)/ 5 milioane de tone pe an, polietilenă de înaltă densitate (HDPE) /4,1 milioane tone, polipropilenă (PP) /2,6 milioane tone, urmată de polistiren (PS)/ 2 milioane tone şi din polietilentereftalat (PET) /1,7 milioane de tone.

La sfârșitul anului 2009, în SUA, din totalul deșeurile polimerice produse cca 26% masă au fost incinerate, 32% au fost reciclate sau recuperate şi 42% au fost depozitate în gropi ecologice pentru biodegradare. În România nu s-a realizat niciodată o astfel de analiză.

Reciclarea materialelor plastice de către țările dezvoltate este motivată de:
- materiile prime obținute din deșeurile polimere reciclate sunt mai puţin costisitoare decât materii prime virgine;
- costul forţei de muncă pentru reciclare este mai mic decât cel din producţia primară;
- energia consumată la producerea polimerilor poate fi recuperată și stocată;
- depozitarea gunoaielor pe timp îndelungat conduce la degradarea mediului ambiant, la distrugerea ecosistemelor și necesită cheltuieli mari ;
- politicile de reciclarea deşeurilor stabilite prin legislaţia şi reglementările guvernamentale.


Tipuri de deşeuri polimere

Toate materialele plastice reciclabile sunt împărţite în 7 grupe în funcţie de tipul de polimer:
polietilen tereftalat (PET sau PETE)
Utilizare: recipienți pentru îmbutelierea solvenților, detergentilor lichizi și a băuturilor (în special a celor carbogazoase), ambalaje (cutii, covraje, etc) pentru produse alimentare și non-alimentare.

polietilenă de înaltă densitate (HDPE)
Utilizare: recipienți pentru îmbutelierea lapte, sucuri, jucarii, ambalaje (pungi) pentru produse alimentare și non-alimentare.
policlorura de vinil (PVC)
Utilizare: recipienți pentru ambalarea produselor alimentare și non-alimentare.
polietilena de joasa densitate (LDPE)
Utilizare: pungile, garnituri, saci pentru ambalarea produselor de alimentare congelate.
polipropilenă (PP)
Utilizare: tăvi pentru microunde, recipienți pentru margarina, iaurt, medicamente.
polisteren (PS)
Utilizare: Compact discuri, tăvile din PS expandat se utilizează pentru ambalare carne, peşte, semipreparate, ceşti de cafea, cutii de sandwich şi hamburger, tăvi cantină.
Alte materiale plastice

 

Materiale plastice reciclabile pot fi colectate din diferite surse: deşeuri industriale, deşeuri agricole (recipiente, conducte, foi), deşeuri de la hoteluri, restaurante, magazine; deşeuri municipale (gunoaie plastice colectate de pe străzi, parcuri, plaje), etc.

Reciclarea deșeurilor

Reciclarea deșeurilor este un proces destul de complex, ce se realizează în mai multe etape: colectarea și sortarea deşeurilor, reciclarea fizică, reciclare chimică, recuperarea energiei.

I.        Colectarea, spălarea sortarea deşeurilor polimerice

Înainte de prelucrarea deşeurilor din plastic este spălat şi sortate în funcţie de sistemul de codificare.

II.     Prelucrarea fizică

Reciclarea fizică a deşeurilor din plastic este cea mai simplă şi relativ ieftină metodă de reciclare.


Etapele reciclării fizice sunt:
  - tăierea și tocarea (deșeurile din plastic sunt tăiate cu foarfeci apoi sunt tocate în fulgi mici pentru o prelucrare ulterioară).
  - separarea și sortarea (deșeurile sunt separate pe categorii de polimeri, hârtie în separatoare ciclonice).


   - decantarea, spălarea și uscarea (prin introducerea în rezervoare cu apă și substanțe tensioactive (detergenți) fulgii din diferitele tipuri de materiale plastice sunt separați pe baza diferenței de densitate apoi sunt spălați şi uscați.
   - extrudare (fulgii sunt introduși în extrudere, în cazul în care acestea sunt încălzite, are loc topirea și convertirea lor într-un produs polimeric continuu (fire).
    - peletizare (firele sunt răcite cu apă şi se taie în pelete, care pot fi utilizate pentru fabricarea noi produse polimerice.

 

 

III.   Reciclarea chimică.

Reciclarea chimică are la bază procese chimice prin care un polimer este transformat în elementele sale constitutive - monomerii. Acest proces este numit depolimerizarea. Apoi, monomeri pot fi utilizați ca materie primă pentru fabricarea unui nou polimer. Reciclarea chimica (reciclarea materiilor prime) necesită costuri mai mari decât reciclarea fizică, dar produsele polimerice obtinute nu diferă prin proprietăți de cele originale.

Există o serie de metode chimice de reciclare:
1. Piroliza - descompunerea termo-chimică a polimerilor în absenţa oxigenului.
2. Hidroliza- descompunerea chimică a polimerilor în prezența apei și a altor reactivi.
Prin această metodă polietilen- tereftalatul (PET) poate fi convertit în dimetil tereftalat şi etilen glicol, care poate fi reutilizat ca materii primă în producţia de PET.
3.
Hidrogenarea este metoda prin care deșeurile polimerice reactionează cu hidrogen (H2) - hidrogenare.
4. Gazeificare este metoda prin care la temperaturi de peste 10000C, în prezența anumitor substanțe, deșeurile polimerice sunt transformate într-un amestec de monoxid de carbon (CO) şi hidrogen (H2).

IV.         Recuperarea energiei

Materiale plastice sunt materiale ce stochează energie ca și combustibilii, iar aceasta poat fi recuperată prin:
- incinerare în incineratoarele de deşeuri. Căldura rezultată prin combustia deșeurilor este utilizată pentru producerea de energie electrică sau abur.
 - producerea de combustibili alternativi din deşeuri polimerice. Astfel de combustibili sunt utilizați în alte procese de fabricaţie sau în centralele electrice.

 

Reciclarea polistirenului expandat

Materiale: propanonă 50 cm3, polistiren expandat (minimum 200g), Pahar Erlenmeyer.

Norme de P.M: Experimentul se va realiza departe de orice sursă de foc sau incălzire deoarece se lucrează cu substanțe inflamabile (acetonă este foarte inflamabilă și iritantă).

La introducerea polistirenului expandat în propanonă (acetonă), acesta aparent dispare, iar bulele de gaz din material, în momentul în care sunt eliberate, creează un efect de efervescență. Un volum mic de propanonă poate face să "dispară" ( de fapt să dizolve) un volum impresionant de polistiren expandat. Aceast experiment durează doar câteva minute, şi este uşor de repetat.

Ca rezultat al acestui experiment se obține un gel ce poate fi utilizat ca adeziv. Atentie la modul de utilizare a adezivului pentru că după uscarea acestuia (volatilizarea acetonei) curăţarea adezivului devine problematică!

Această metodă de reciclare poate fi experimentată la școală sau acasă, iar pentru a trezi interesul celor care participă la activitate, experimentul poate fi intitulat "Plasticul care dispare"

 

Bibliografie:

1.C. P. Rader, R. F. Stockel, "Plastics, rubber, and paper recycling, a pragmatic approach", ACS Symposium Series 609, 1995, Washington, DC, p. 82;

2.P.M. Subrarnanian, "Resources, conservation and recycling" 28 (2000) p.253;

3.F. Sasse, G. Emig, "Chemical enginering and technology" 21 (1998) p.777;

4.R. L. Markham, D. Mangaraj, "Chemical aspects of plastics recycling", Royal Society of Chemistry, UK, 1997, p.151.

5.K. Hausmann, "Chemical aspects of plastics recycling", Royal Society of Chemistry, UK, 1997, p. 170.

6.J. Scheirs, "Polymer recycling, science technology and applications", John Wiley & Sons, New York, 1998.