Polimer Esaslı Endüstriyel Katı Atıkların Volfram Trioksitin İndirgenmesinde Değerlendirilmesi
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa, Mühendislik Fakültesi, Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2022
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: Göktuğ Töre
Asıl Danışman (Eş Danışmanlı Tezler İçin): Melek Cumbul Altay
Danışman: Şerafettin Eroğlu
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Atık önleme, yeniden kullanım, geri dönüşüm ve geri kazanım (malzeme ve enerji) toplumun kaynaklarından maksimum değer almasını ve tüketimi ihtiyaçlara göre uyarlamasını mümkün kılmaktadır. Bu şekilde birincil kaynaklara yönelik talep optimize edilmiş olur ve bununla bağlantılı olarak çevreye etki ve enerji kullanımı hafifletilmiş olur. Bu tez çalışmasında iki farklı fakat tamamlayıcı yaklaşımı birleştirip; atıkların pirolizi ve atıklardan elde edilen pirolitik gaz ile volfram trioksitin indirgenmesi gerçekleştirilmiştir. Tez çalışmasında polimer esaslı endüstriyel katı atıklardan (lastik, EVA, PC, PE) oksijensiz ortamda ısı ile bozundurularak elde edilen CxHy ve H2 içerikli yüksek indirgeyici özellikteki pirolitik gaz ile volfram trioksit tozunun (WO3) indirgeme işlemi gerçekleştirilmiştir. İndirgeme çalışmaları 1300 K sıcaklığa çıkabilen çift ısıtma bölgesine sahip ayarlanabilir split fırında gerçekleştirilmiştir. Metal oksitin metale indirgenebilirliği araştırılmış olup deneysel çalışmalarda kılavuzluk yapması açısından Gibbs Serbest Enerji minimizasyonu metodu kullanılarak W-O-C-H-Ar ve W-O-C-H-Ar-S-Zn sistemlerinde termodinamik analiz gerçekleştirilmiştir. Hesaplamalar doğrultusunda WO3'ten hareketle W ürünü elde edilebileceği sonucuna varılmıştır. Piroliz işlemi sonucunda üretilecek pirolitik gazın CH4 ve H2 içeriklerini ve optimum piroliz koşullarının belirlenebilmesi açısından polimer esaslı endüstriyel katı atıklara FTIR, TGA, elemental analiz, kalorifik değer analizi, nem, kül, uçucu madde ve serbest karbon analizleri gerçekleştirilmiştir. Dönüşüm yüzdelerine, piroliz ve indirgeme parametrelerine bağlı olarak yaklaşık olarak oksitin metale dönüşümün tamamlandığı optimum koşullar tespit edilmiştir. İndirgeme çalışmaları sonucunda elde edilen ürünlerin ise XRD ve SEM analizleriyle ağırlık dönüşüm oranları teyit edilmiştir. WO3 – PC sisteminde iki seri deneysel çalışmalara gerçekleştirilmiş olup 1100 K ve 1300 K reaksiyon sıcaklıklarında çalışılmıştır. 1100 K sıcaklıkta gerçekleştirilen deneylerde ağırlık değişim oranı yaklaşık Atık önleme, yeniden kullanım, geri dönüşüm ve geri kazanım (malzeme ve enerji) toplumun kaynaklarından maksimum değer almasını ve tüketimi ihtiyaçlara göre uyarlamasını mümkün kılmaktadır. Bu şekilde birincil kaynaklara yönelik talep optimize edilmiş olur ve bununla bağlantılı olarak çevreye etki ve enerji kullanımı hafifletilmiş olur. Bu tez çalışmasında iki farklı fakat tamamlayıcı yaklaşımı birleştirip; atıkların pirolizi ve atıklardan elde edilen pirolitik gaz ile volfram trioksitin indirgenmesi gerçekleştirilmiştir. Tez çalışmasında polimer esaslı endüstriyel katı atıklardan (lastik, EVA, PC, PE) oksijensiz ortamda ısı ile bozundurularak elde edilen CxHy ve H2 içerikli yüksek indirgeyici özellikteki pirolitik gaz ile volfram trioksit tozunun (WO3) indirgeme işlemi gerçekleştirilmiştir. İndirgeme çalışmaları 1300 K sıcaklığa çıkabilen çift ısıtma bölgesine sahip ayarlanabilir split fırında gerçekleştirilmiştir. Metal oksitin metale indirgenebilirliği araştırılmış olup deneysel çalışmalarda kılavuzluk yapması açısından Gibbs Serbest Enerji minimizasyonu metodu kullanılarak W-O-C-H-Ar ve W-O-C-H-Ar-S-Zn sistemlerinde termodinamik analiz gerçekleştirilmiştir. Hesaplamalar doğrultusunda WO3'ten hareketle W ürünü elde edilebileceği sonucuna varılmıştır. Piroliz işlemi sonucunda üretilecek pirolitik gazın CH4 ve H2 içeriklerini ve optimum piroliz koşullarının belirlenebilmesi açısından polimer esaslı endüstriyel katı atıklara FTIR, TGA, elemental analiz, kalorifik değer analizi, nem, kül, uçucu madde ve serbest karbon analizleri gerçekleştirilmiştir. Dönüşüm yüzdelerine, piroliz ve indirgeme parametrelerine bağlı olarak yaklaşık olarak oksitin metale dönüşümün tamamlandığı optimum koşullar tespit edilmiştir. İndirgeme çalışmaları sonucunda elde edilen ürünlerin ise XRD ve SEM analizleriyle ağırlık dönüşüm oranları teyit edilmiştir. WO3 – PC sisteminde iki seri deneysel çalışmalara gerçekleştirilmiş olup 1100 K ve 1300 K reaksiyon sıcaklıklarında çalışılmıştır. 1100 K sıcaklıkta gerçekleştirilen deneylerde ağırlık değişim oranı yaklaşık %92, 1300 K sıcaklıkta gerçekleştirilen deneylerde ise ağırlık değişim oranı %77,6 olduğu ve ~4 m tane boyutuna sahip W sentezlendiği XRD ve SEM analizleri ile teyit edilmiştir. WO3 – PE sisteminde ise 1300 K reaksiyon sıcaklığında sonucunda minimum %77,4 ağırlık değişim oranı sonucuna varılmış ve ~4 m tane boyutuna sahip W elde edilmiştir. WO3 – EVA sisteminde 1300 K reaksiyon sıcaklığında ~%82 ağırlık değişimi sonucunda ~1,60 m tane boyutuna sahip W elde edilmiştir. WO3 – Lastik sisteminde ise 1300 K reaksiyon sıcaklığında minimum ~%85 ağırlık değişimi neticesinde 0,65 m tane boyutuna sahip ince taneli W elde edilmiştir.