Изучение состава и свойств отходов этикеточного флекса для применения в качестве нефтяного сорбента



В Российской Федерации деятельность в области обращения с отходами регулируется Федеральным законом от 24 июня 1998 г. N 89-ФЗ «Об отходах производства и потребления», а также законами и нормативными правовыми актами РФ, субъектов РФ и нормативными актами муниципальных органов власти.

По различным оценкам ежегодно в России образуется 35–40 млн. т полимерных отходов, которые не разлагаются, не подвергаются коррозии, гниению, не вовлекаются в естественный круговорот, поэтому проблема накопления пластиковых отходов возникла прежде всего как экологическая. В рецептуру пластиков входят различные химические вещества, которые в конечном итоге попадают в окружающую среду, вместе с отходами пластмасс. Неуклонно растет использование пластиков для упаковки — 41 % от общего количества выпускаемого пластика, из них 47 % используется для упаковки пищевых продуктов. Совершенно очевидно, что в структуре бытового полимерного мусора полимерная упаковка превалирует над всеми прочими видами отходов. В литературе имеются различные оценки видового и качественного состава бытового полимерного мусора [1, 2]. Несмотря на различия в подходах, по объему первое место безусловно отдают полиэтилену. Учитывая, что отходы полимеров подразделяются на технологические. производственные, бытовые, очевидно, что видовой состав отходов в каждой группе будет различным.

Нами проведено исследование по сбору и установлению видового состава бытового полимерного мусора с участием группы студентов и членов их семей. Методика предполагала следующие операции: сбор всех полимерных отходов, очистка их от загрязнений и высушивание, взвешивание и отнесение к определенной видовой группе соответственно маркировке на изделии. В сложных случаях для идентификации материала использовался метод ИК-спектроскопии. Установлено, что в общей массе полимерных отходов наиболее распространенными отходами является ПЭТ (до 40,1 %), а также отходы полиэтилена (до 20 %) и полипропилена (23,4 %) [3].

Современный подход к обращению с отходами полимеров позволяет достичь более полного вовлечения пластиковых отходов производства и потребления в ресурсные циклы. Переработка полимерных отходов ориентирована на рациональное использование полимеров, возвращение их в ресурсный цикл в виде новых продуктов, обеспечение охраны окружающей среды, снижение степени опасности отходов с получением продуктов, которые могут быть использованы в народном хозяйстве.

Ряд компаний г. Владивостока решают отдельные задачи по сбору и переработке полимерных отходов. Производственная деятельность предприятия ООО «Компания Гранула Z» г. Владивостока основана на переработке ПЭТ-упаковки, которая в общей массе бытовых полимерных отходов преобладает. Технологическая схема основана на сортировке по плотности.

Линия вторичной переработки ПЭТ состоит из ленточного конвейера, ножевого измельчителя, горячей и горизонтальной мойки, шнекового конвейера, флотационной мойки, центрифуги, воздуходува и бункера накопителя. Схема технологической линии вторичной переработки ПЭТ-упаковки приведена на рис. 1.

Рис. 1. Схема технологической линии вторичной переработки ПЭТ-упаковки на предприятии ООО «Компания Гранула Z» г. Владивостока: 1 — Бункер сушка; 2 — Центрифуга; 3 — Флотационная мойка с одним шнеком; 4 — Горизонтальная мойка; 5 — Шнековый конвейер; 6 — Горячая мойка; 7 — Дробилка; 8 –Ленточный конвейер

Горячая мойка с добавлением каустика и СПАВ позволяет отделить материал от загрязнений и обеспечивает высокую степень очистки. Целевым продуктом является ПЭТ-флекс (хлопья), который осаждается на дно ванны. Всплывшие на поверхность фрагменты полимерной пленки состоят в основном из измельченной этикетки и случайных примесей. Масса таких полимерных отходов довольно значительна. В настоящее время этот вид отходов измельченной этикетки (рис. 2) не находит применения. Для более полного использования вторичных полимерных отходов утилизация полимерной этикетки представляет интерес для сбережения невосполнимых углеводородных ресурсов в целом и для получения дополнительного целевого продукта.

Рис. 2. Общий вид этикеточного флекса, образующегося при переработке ПЭТ-упаковки

Этикеточный флекс представляет собой смесь фрагментов полимерных пленок различной геометрической формы и размеров. На пленке имеются надписи и рисунки, нанесенные методом флексографической печати.

В работе изучен видовой и фракционный состав этикеточного флекса, образующегося при переработке ПЭТ-упаковки на предприятии ООО «Компания Гранула Z» г. Владивостока.

Собрана коллекция этикеток различных производителей (Slavda, Bon‑aqua, Coca‑Cola, Шмаковка и др.). Методом ИК-спектроскопии в условиях НПВО (нарушенного полного внутреннего отражения) определен их качественный состав. Установлено, что этикетка для ПЭТ тары изготавливается в основном из полипропилена и поливинилхлорида, и их сополимеров, что хорошо согласуется с данными производителей и потребителей упаковочного материала [4, 5]. На рис. 3, 4 приведены ИК-спектры этикеток пластиковых бутылок, идентифицированные по базам данных как полипропилен и поливинилхлорид соответственно.

Рис. 3. ИК-спектрограмма полипропилена

Рис. 4. ИК-спектрограмма поливинилхлорида

При анализе этикеточного флекса, полученного от предприятия ООО «Компания Гранула Z», методом ИК-спектроскопии в условиях НПВО (нарушенного полного внутреннего отражения) установлено, что суммарный ИК-спектр отмытого этикеточного флекса схож с ИК-спектрами эфиров терефталевой кислоты, что доказывает присутствие ПЭТ в довольно большом количестве (рис. 5). Визуально, осмотром этикеточного флекса обнаружены измельченные части по органолептическим свойствам совпадающими с фрагментами ПЭТ-упаковки.

Рис. 5. Суммарный ИК-спектр этикеточного флекса

Для этикеточного флекса характерна непостоянство качественного и количественного состава. Сортировка его практически невозможна. Способы его утилизации в настоящее время неизвестны. Отделенный в процессе утилизации ПЭТ-упаковки этикеточный флекс в настоящее время вывозится на полигон для захоронения.

В то же время этикеточный флекс является ценным ресурсом, на производство которого затрачены невосполнимые природные ресурсы (нефть), подвергнутые глубокой переработке. Рассматривая пути практического использования этикеточного флекса, очевидно, что развитая поверхность пленки, плавучесть, гидрофобный характер, олеофильность делают данный материал перспективным для использования в качестве нефтяного сорбента.

В работе изучены сорбционные свойства этикеточного флекса и установлена его нефтеемкость методом динамического взвешивания. Общий вид установки для проведения измерений нефтеемкости образцов этикеточного флекса приведен на рис.6.

Рис. 6. Общий вид экспериментальной установки

Выделены три фракции сорбента этикеточного флекса рассевом на виброгрохоте Fritsch Analysette 3: ‑5+10; +5–3,15; +3,15–1 мм (крупная, средняя, мелкая фракция соответственно). Измерение нефтеемкости сорбента проводилось в статическом режиме по маслу моторному и дизельному топливу. Методика (модифицированная методика ASTMF726–99) состоит в следующем. Цилиндрический сосуд из металлической сетки с ячеей размером 2 мм погружали в мерный стакан диаметр которого точно соответсвовал диаметру сетка-ловушки и заливали нефтепродуктом, так чтобы секта-ловушка была полностью покрыта НУВ (нефтяные углеводороды). Холостое испытание с целью определения массы НУВ, удерживаемого сеткой, проводили по методике [6]. Затем в сетку засыпался сорбент этикеточный флекс и выдерживался в течении 10 мин. По истечении заданного времени сетка с сорбентом взвешивалась до установления постоянного веса в динамическом режиме. Эксперимент повторялся для каждой из фракций этикеточного флекса. Расчет нефтеемкости (M) сорбента выполнен по формуле:

, г/г,

где m₁ — масса сетки с навеской сорбента удерживаемым НУВ, г;

m₂ — масса сетки с учетом удерживаемого НУВ (холостая проба), г;

m₃ — масса навески сорбента, г.

Результаты определения нефтеемкости образцов этикеточного флекса по дизельному топливу приведены в таблице 1; по маслу моторному — в таблице 2.

На рис. 7 приведены кривые зависимости нефтеемкости сорбента от фракции для дизельного топлива, на рис. 8 — для масла моторного.

Таблица 1

Результаты определения нефтеемкости образцов этикеточного флекса по дизельному топливу

НУВ-фракция*	Фракции, мм	Dср., мм	Масса сетки, г					m средн., г	Нефтеемкость, г/г
			1	2	3	4	5
ДТ	-	-	8,10	8,12	8,12	-	-	8,11	-
ДТ-К	+10–5	7,071	13,29	13,87	13,49	13,47	-	13,53	2,61
ДТ-С	+5–3,15	3,969	14,48	15,21	13,91	14,93	14,67	14,64	3,35
ДТ-М	+3,15–1	1,775	15,84	16,88	16,99	16,61	16,13	16,49	4,58
*Условные обозначения: ДТ — дизельное топливо; К, С, М — крупная, средняя, мелкая соответственно.

Таблица 2

Результаты определения нефтеемкости образцов этикеточного флекса по маслу моторному

НУВ-фракция*	Фракции, мм	Dср.., мм	Масса сетки, г					m средн., г	Нефтеемкость, г/г
			1	2	3	4	5
Масло моторное	-	-	8,98	8,84	8,90	-	-	8,91	-
Масло моторное -К	+10–5	7,071	15,34	15,20	15,30	13,60	15,34	14,96	3,03
Масло моторное-С	+5–3,15	3,969	15,95	15,51	15,23	16,75	16,38	15,96	3,70
Масло моторное -М	+3,15–1	1,775	19,54	16,81	19,19	19,48	18,88	18,78	5,58

Как видно в таблице 1 и на рис. 7 нефтеемкость образцов этикеточного флекса различной крупности при сорбции дизельного топлива составляет 2,6–4,6 г/г; в таблице 2 и на рис. 8 при сорбции масла моторного — 3,0–5,6 г/г. Нефтеемкость сорбента возрастает с уменьшением крупности образца в среднем на 1,5–2,0 г/г.

Рис. 7. Зависимость нефтеемкости сорбента этикеточного флекса от фракции при сорбции дизельного топлива

Рис. 8. Зависимость нефтеемкости сорбента этикеточного флекса от фракции при сорбции масла моторного

Для товарных образцов нефтяных сорбентов нефтеемкость, указанная производителями, и стоимость приведена в таблице 3.

Таблица 3

Нефтеемкость истоимость товарных образцов нефтяных сорбентов

Наименование сорбента	Нефтеемкость, г/г	Цена, руб./кг
ПИРОСОРБ [7]	4,00–8,00	90
Spill-Sorb [8]	3,12–8,00	497
ПРОФСОРБ ЭКО БИО [9]	4,00–8,00	470
Сорбент кремнеуглеродный ТШР [10]	7,00–12,00	550
Нефтяной сорбент НСТ [11]	До 8,00	110

Таким образом, полученные экспериментальные данные о величине нефтеемкости подтверждают сорбционную способность этикеточного флекса и возможность его использования в качестве дешевого и эффективного нефтяного сорбента.

Литература:

1. Штриплинг Л. О., Туренко Ф,П. Основы очистки сточных вод и переработки твердых отходов. — Омск: ОмГТУ, 2005. — 192 с.

2. Утилизация отходов полимеров // Портал ОТХОДЫ.РУ. URL: http://www.waste.ru/modules/section/print.php?itemid=133 (дата обращения: 28.04.2016).

3. Дорожкин В. П., Лим Л. А. Проект участка вторичной переработки полиэтилентерефталата // Материалы региональной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых по естественным наукам. — Владивосток: Издательский дом Дальневосточного федерального университета, 2015. — С. 363–365.

4. ТЕРМОУСАДОЧНЫЕ ЭТИКЕТКИ: материалы и технологии // New Chemistry. URL: http://www.newchemistry.ru/printletter.php?n_id=1750 (дата обращения: 28.04.2016).

5. Виды этикеток // Знай товар. URL: http://www.znaytovar.ru/s/Vidy_etiketok.html (дата обращения: 28.04.2016).

6. Чухарева Н. В., Шишмина Л. В. Сравнение сорбционных свойств торфа верхового и низинного типов по отношению к товарной нефти и стабильному газовому конденсату // Химия растительного сырья. — 2012. — № 4. — С. 193–200.

7. Сорбент ПИРОСОРБ // ЭкоВторРесурс. URL: http://www.pirosorb.ru/product/sorbent-pirosorb (дата обращения: 28.04.2016).

8. Cорбент нефтепродуктов Spill-Sorb с биоразложением // Терра экология. URL: http://www.terra-ecology.ru/products/sorbents/absorbent_spill-sorb/absorbent_spill-sorb_4cf-200l1/ (дата обращения: 28.04.2016).

9. Cорбент для нефтепродуктов «ПРОФСОРБ ЭКО БИО» с биоразложением // Терра экология. URL: http://www.terra-ecology.ru/products/sorbents/absorbent_spill-sorb/sorbent_profsorb_eko_bio_s_biorazlozheniem/#online-buy (дата обращения: 28.04.2016).

10. Сорбент кремнеуглеродный ТШР // ГК РПС Росполимерстрой. URL: http://rpstroi.ru/catalog/sorbenti/sorbent-tshr/ (дата обращения: 28.04.2016).

11. Нефтяной сорбент НСТ // Eco First. URL: http://ecofirst.ru/range.NST.htm (дата обращения: 28.04.2016).