Αξιοποίηση βρεφικών πανών προς παραγωγή δευτερογενών προϊόντων

Βαλσάμη, Αγγελική; Valsami, Angeliki

dc.contributor.author	Βαλσάμη, Αγγελική	el
dc.contributor.author	Valsami, Angeliki	en
dc.date.accessioned	2025-01-10T08:34:45Z
dc.date.available	2025-01-10T08:34:45Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/60689
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.28385
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Πολυστρωματικό απόβλητο	el
dc.subject	Οργανικό απόβλητο	el
dc.subject	Στερεό απόβλητο	el
dc.subject	Υπέρ απορροφητικό πολυμερές	el
dc.subject	Αιθανόλη	el
dc.subject	Γλυκόζη	el
dc.subject	Κυτταρίνη	el
dc.subject	Υδατόλουτρο	el
dc.subject	Ενζυμική υδρόλυση	el
dc.subject	Προεπεξεργασία	el
dc.subject	Σακχαροποίηση	el
dc.subject	SAP	en
dc.subject	Super absorbent polymer	en
dc.subject	Ethanol	en
dc.subject	Alkaline pre-treatment	en
dc.subject	Autoclave	en
dc.subject	Pre-treatment	en
dc.subject	Saccharomyces cerevisiae	en
dc.subject	Glucose	en
dc.subject	Cellulase	en
dc.subject	Cellulose	en
dc.subject	Enzymatic hydrolysis	en
dc.subject	Baby diapers	en
dc.subject	Multilayered waste	en
dc.subject	Βρεφικές πάνες	el
dc.subject	Recycling	en
dc.title	Αξιοποίηση βρεφικών πανών προς παραγωγή δευτερογενών προϊόντων	el
dc.title	Utilization of baby diapers for the production of secondary products	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Ανακύκλωση πολυστρωματικών αποβλήτων	el
heal.classification	Recycling of multilayred waste	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2024-07-10
heal.abstract	Οι βρεφικές πάνες μίας χρήσης ανήκουν σε μια σημαντική ομάδα προϊόντων που χρησιμοποιούνται καθ’ όλη τη διάρκεια της βρεφικής ηλικίας λόγω της υψηλής αποδοτικότητας και της ευκολίας χρήσης τους. Ωστόσο, οι χρησιμοποιημένες βρεφικές πάνες αποτελούν πρόκληση στη διαχείριση, καθώς συνιστούν περίπου το 3.3% των αστικών αποβλήτων και δεν μπορούν να ανακυκλωθούν εύκολα λόγω της πολυστρωματικής και μεικτής οργανικής-ανόργανης σύνθεσής τους. Η διαχείριση των απορριμμάτων αυτών παρουσιάζει σημαντικές προκλήσεις για τη βιωσιμότητα και την περιβαλλοντική υγεία. Η εργασία αυτή εξετάζει την επεξεργασία και αξιοποίηση των βρεφικών πάνων για την παραγωγή δευτερογενών προϊόντων, όπως είναι η ανάκτηση του υπεραπορροφητικού πολυμερούς (SAP), η παραγωγή γλυκόζης από τον κυτταρινούχο πυρήνα του βαμβακιού, και η παραγωγή βιοαιθανόλης. Ακόμα δοκιμάστηκε και η ανακλιμάκωση του πειράματος της παραγωγής γλυκόζης σε αντιδραστήρα (4L). Αρχικά, επιλέχθηκε η αιθανόλη ως κατάλληλος διαλύτης για το διαχωρισμό των στρωμάτων της πάνας. Για την παραλαβή και την ανακύκλωση του SAP έγινε προσπάθεια αφυδάτωσής με διάλυμα χλωριδίου του νατρίου (20% w/v NaCl), η πιο κατάλληλη μέθοδος όμως αποδείχθηκε η παραλαβή του μέσω διήθησης και ξήρανσής του από τη διεργασία του διαχωρισμού. Για την αποδέσμευση της γλυκόζης, ο κυτταρινούχος πολτός υποβλήθηκε σε προεπεξεργασία και στη συνέχεια σε ενζυμική υδρόλυση. Ειδικότερα για την προεπεξεργασία δοκιμάστηκαν τόσο το υδατόλουτρο (115min, 90℃) όσο και το αυτόκλειστο (autoclave) (30min, 121℃). Σε αυτή την μελέτη εξετάστηκαν διάφοροι διαλύτες στο στάδιο της προεπεξεργασίας (όξινος, αλκαλικός και το νερό). Τα καλύτερα αποτελέσματα έδωσε η αλκαλική προεπεξεργασία όπου εξετάστηκαν τρεις συγκεντρώσεις του διαλύτη NaOH (0,1Μ, 0,2Μ και 0,3Μ) με φορτίο στερεού 3% w/w. Για τον σκοπό της ενζυμικής υδρόλυσης χρησιμοποιήθηκε κυτταρινάση (cellulase) σε τρία διαφορετικά φορτία (200, 400 και 500 μL/g κυτταρίνης) σε κατάλληλες συνθήκες (48h, 50℃, 150 rpm). Το υπόστρωμα για την παραγωγή του βιο-διαλύτη αιθανόλη ήταν η γλυκόζη που παράχθηκε στο πείραμα η οποία μετατράπηκε σε αιθανόλη με ζύμωση και προσθήκη μαγιάς Saccharomyces cerevisiae φορτίου 2% w/w (24h, 35℃, 150 rpm). Μετά από αρκετές δοκιμές και μετά από συλλογή δειγμάτων ανά 24h έως και τις 72h, βρέθηκε ότι η μέγιστη συγκέντρωση γλυκόζης ήταν σχεδόν 21 g/L (απόδοση σακχαροποίησης σε σχέση με τη θεωρητική 85%) μετά από 48 ώρες με προεπεξεργασία στο υδατόλουτρο, συγκέντρωση NaOH 0,3Μ και φορτίο ενζύμου 500 μL/g κυτταρίνης. Η μέγιστη συγκέντρωση αιθανόλης ήταν 6,25g/L (απόδοση σε αιθανόλη 50%) με προεπεξεργασία στο autoclave, συγκέντρωση NaOH 0,2Μ και φορτίο ενζύμου 400 μL/g κυτταρίνης. Από την άλλη πλευρά, η διεργασία της ανακλιμάκωσης με συνθήκες (autoclave, NaOH 0,3M, φορτίο 0,75% w/w και φορτίο ενζύμου 400 μL/g κυτταρίνης) όπου επιλέχθηκαν λόγω της αυξημένης αποδόμησης του αποβλήτου, έδωσε μέγιστη γλυκόζη 5,67g/L (απόδοση 91%) στις 48h και αιθανόλη 0,6g/L (απόδοση 20%). Συνολικά, από την παρούσα διπλωματική εργασία αποδείχθηκε ότι είναι τεχνικά εφικτή η αξιοποίηση βρεφικών πανών προς παραγωγή δευτερογενών προϊόντων και πιο συγκεκριμένα των πολυμερών, του SAP και της αιθανόλης από τις βρεφικές πάνες παρέχοντας μια βιώσιμη προσέγγιση στην κυκλική οικονομία, περιορίζοντας τα απόβλητα και ελαχιστοποιώντας τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις των αστικών αποβλήτων. Περαιτέρω διερεύνηση των λειτουργικών παραμέτρων και των χρησιμοποιούμενων υποστρωμάτων θα μπορούσε να ενισχύσει την τεχνολογική και εμπορική ετοιμότητα της βιομηχανικής παραγωγής τέτοιων διεργασιών.	el
heal.abstract	Disposable baby diapers are an essential product group used throughout infancy due to their high efficiency and ease of use. However, managing used baby diapers poses a significant challenge as they constitute approximately 3.3% of municipal waste and cannot be easily recycled due to their multilayered and mixed organic-inorganic composition. The management of these wastes presents significant challenges for sustainability and environmental health. This thesis examines the processing and utilization of baby diapers for the production of secondary products, such as the recovery of the superabsorbent polymer (SAP), the production of glucose from the cotton cellulose core, and the production of bioethanol. The experiment for glucose production was also scaled up in a reactor (4L). Initially, ethanol was selected as the suitable solvent for the separation of diaper layers. An attempt was made to recover and recycle SAP by dehydration with sodium chloride solution (20% w/v NaCl), but the most appropriate method proved to be its recovery by filtration and drying from the separation process. For the release of glucose, the cellulose pulp was subjected to pretreatment followed by enzymatic hydrolysis. Especially for pretreatment, both water bath (115min, 90℃) and autoclave (30min, 121℃) were tested. In this study, different solvents were tested in the pretreatment stage (acidic, alkaline and water). Alkaline pretreatment gave the best results where three concentrations of NaOH solvent (0.1M, 0.2M and 0.3M) with a solids load of 3% w/w were tested. For the purpose of enzymatic hydrolysis, cellulase was used at three different loads (200, 400 and 500 μL/g cellulose) under appropriate conditions (48h, 50℃, 150 rpm). The substrate for the production of ethanol bio-solvent was the glucose produced in the experiment which was converted to ethanol by fermentation and addition of Saccharomyces cerevisiae yeast of 2% w/w load (24h, 35℃, 150 rpm). After several trials and after collecting samples every 24h up to 72h, it was found that the maximum glucose concentration was almost 21 g/L (saccharification efficiency compared to the theoretical 85%) after 48h with pretreatment in the water bath, NaOH concentration of 0.3M and enzyme load of 500 μL/g cellulose. The maximum ethanol concentration was 6.25 g/L (ethanol yield 50%) with pretreatment in the autoclave, NaOH concentration 0.2M and enzyme load 400 μL/g cellulose. On the other hand, the recalcification process with conditions (autoclave, NaOH 0.3M, 0.75% w/w load and 400 μL/g cellulose enzyme load) selected due to increased degradation of the waste, gave a maximum glucose of 5.67g/L (91% yield) at 48h and ethanol of 0.6g/L (20% yield). Overall, this thesis demonstrated that it is technically feasible to utilize baby diapers to produce secondary products, namely polymers, SAP and ethanol from baby diapers providing a sustainable approach to the circular economy, reducing waste and minimizing the environmental impact of municipal waste. Further investigation of the functional parameters and the substrates used could enhance the technological and commercial readiness of industrial production of such processes.	en
heal.advisorName	Κόλλια, Κωνσταντίνα	el
heal.committeeMemberName	Μπαραμπούτη, Έλλη-Μαρία	el
heal.committeeMemberName	Ζαννίκος, Φανούριος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Χημικών Επιστημών (I)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	110 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false