Ανάπτυξη διεργασίας διαλυτόλυσης (Solvolysis) για την ανακύκλωση σύνθετων υλικών

Πανταζίδου, Μαρία; Pantazidou, Maria

dc.contributor.author	Πανταζίδου, Μαρία	el
dc.contributor.author	Pantazidou, Maria	en
dc.date.accessioned	2025-02-14T11:12:50Z
dc.date.available	2025-02-14T11:12:50Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/61115
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.28811
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	Διαλυτόλυση	el
dc.subject	Πλαστικά απόβλητα	el
dc.subject	Πτερύγια Ανεμογεννήτριας	el
dc.subject	Σύνθετα Υλικά	el
dc.subject	Χημική Ανακύκλωση	el
dc.subject	Chemical recycling	en
dc.subject	Composites	en
dc.subject	Plastic Waste	en
dc.subject	Solvolysis	en
dc.subject	Wind Turbine Blades	en
dc.title	Ανάπτυξη διεργασίας διαλυτόλυσης (Solvolysis) για την ανακύκλωση σύνθετων υλικών	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Χημική Μηχανική	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2024-10-03
heal.abstract	Ο αυξανόμενος όγκος των πλαστικών αποβλήτων απαιτεί την υιοθέτηση στρατηγικών κυκλικής οικονομίας για την προστασία του περιβάλλοντος αλλά και της ανθρώπινης υγείας. Η μηχανική ανακύκλωση με τήξη και επαναμορφοποίηση είναι η πιο συνήθης μέθοδος διαχείρισης πλαστικών απορριμμάτων αλλά δεν μπορεί να εφαρμοστεί στην περίπτωση των θερμοσκληρυμένων πολυμερών και συνθέτων θερμοσκληρυνόμενης πολυμερικής μήτρας λόγω της δομής τους (δηλ. ομοιοπολικοί σταυροδεσμοί) και άρα των ιδιοτήτων τους (δηλ. άτηκτα). Σε αυτές τις περιπτώσεις η χημική ανακύκλωση συνιστά μια κατάλληλη επιλογή. Η χημική ανακύκλωση περιλαμβάνει θερμοχημικές μεθόδους (π.χ. πυρόλυση) και τη διαλυτόλυση. Η παρούσα διπλωματική εστιάζει στην ανακύκλωση, μέσω διαλυτόλυσης, συνθέτων που προέρχονται από πτερύγια ανεμογεννήτριας στο τέλος της ζωής τους (GFRP) καθώς και συνθέτων με ίνες άνθρακα ως ενίσχυση (CFRP). Σκοπός και στις δύο περιπτώσεις είναι η ανάκτηση των ινών. Η μήτρα των CFRP είναι εποξειδική ρητίνη ενώ των GFRP πολυεστερική, σύμφωνα με τις αναλύσεις και τη βιβλιογραφία. Στην περίπτωση των GFRP, πραγματοποιήθηκε διαλυτόλυση με σύστημα πολυαιθυλενογλυκόλης (PEG) / NaOH στους 200oC και ατμοσφαιρική πίεση. Οι βέλτιστες συνθήκες, όπως καθορίστηκαν σύμφωνα με τα αποτελέσματα αναλύσεων TGA και SEM, στην εργαστηριακή κλίμακα είναι 200 g PEG200, 12.5 g NaOH και 10 g GFRP, σε 5.5 h (απόδοση 79%) και στην πιλοτική 5 L PEG200, 315 g NaOH και 333 g GFRP, σε 5.5 h (απόδοση 78%). Ωστόσο, λόγω αντίδρασης του NaΟΗ με το SiO2 των ινών υάλου και του επακόλουθου σχηματισμού πυριτικού νατρίου, υποβαθμίζονται οι ιδιότητες των ινών και απαιτείται η διερεύνηση άλλων διαλυτών, όπως η υπερκρίσιμη ακετόνη. Έτσι, πραγματοποιήθηκε διαλυτόλυση με υπερκρίσιμη ακετόνη, σε αυτόκλειστο αντιδραστήρα, σε θερμοκρασιακό εύρος 240 – 350 oC και πιέσεις 50 – 225 bar. Οι βέλτιστες συνθήκες σε αυτή την περίπτωση είναι 2 L ακετόνης, 200 g GFRP, σε 3 h και στους 350oC – με μέγιστη πίεση ~215 bar (απόδοση 100%). Στην περίπτωση των CFRP, απαιτείται περαιτέρω διερεύνηση για τον καθορισμό των βέλτιστων συνθηκών. Αποδείχτηκε ωστόσο ότι η εποξειδική ρητίνη αποπολυμερίζεται πιο εύκολα από την πολυεστερική και με PEG / NaOH αλλά και με υπερκρίσιμη ακετόνη. Συμπερασματικά, η διαλυτόλυση και ειδικά η διαλυτόλυση σε υπερκρίσιμες συνθήκες αποτελεί μια πολλά υποσχόμενη μέθοδο για την ανακύκλωση συνθέτων θερμοσκληρυνόμενης πολυμερικής μήτρας με σκοπό την ανάκτηση των ινών, συμπεριλαμβανομένων των πτερυγίων ανεμογεννήτριας στο τέλος της ζωής τους.	el
heal.abstract	The constantly increasing volume of plastic waste requires the adoption of circular economy strategies to protect both the environment and human health. Mechanical recycling by melting and reprocessing is the most common method of plastic waste management but cannot be applied in the case of thermoset polymers and thermoset polymer matrix composites (PMC) due to their structure (i.e. covalent cross-links) and therefore their properties (i.e. non-meltable). In these cases chemical recycling is a suitable option. Chemical recycling includes thermochemical methods (e.g. pyrolysis) and solvolysis. This thesis focuses on the recycling, through solvolysis, of composites derived from end-of-life wind turbine blades (GFRP) as well as carbon fiber reinforced composites (CFRP). The purpose in both cases is to recover the fibers. The CFRP matrix is epoxy resin while the GFRP matrix is polyester, according to the literature and FTIR analysis. In the case of GFRP, solvolysis was conducted with a polyethylene glycol (PEG) / NaOH system at 200oC and atmospheric pressure. The optimal conditions, as determined according to the results of TGA and SEM analyses, at laboratory scale are 200 g PEG200, 12.5 g NaOH and 10 g GFRP, in 5.5 h (decomposition efficiency 79%) and at pilot scale 5 L PEG200, 315 g NaOH and 333 g GFRP, in 5.5 h (decomposition efficiency 78%). However, due to the reaction of NaOH with the SiO2 of the glass fibers and the subsequent formation of sodium silicate, the properties of the fibers are degraded and other solvents such as supercritical acetone need to be investigated. Thus, solvolysis was carried out with supercritical acetone, in an autoclave reactor, in a temperature range of 240 – 350 oC and pressures of 50 – 225 bar. The optimal conditions in this case are 2 L of acetone, 200 g of GFRP, in 3 h and at 350oC – with a maximum pressure of ~215 bar (decomposition efficiency 100%). In the case of CFRP, further experiments are required to determine the optimal conditions. It was proven, however, that the epoxy resin is more easily depolymerized than the polyester with both PEG / NaOH and supercritical acetone systems. In conclusion, solvolysis and especially supercritical solvolysis is a promising method for PMC recycling with the purpose of fiber recovery, including end-of-life wind turbine blades.	en
heal.sponsor	Μέρος της έρευνας της παρούσας διπλωματικής εργασίας χρηματοδοτήθηκε από το έργο Horizon EU: “Recycle, Repurpose and reuse End-of-Life wind blade composites – A couple pre- and co-processing demonstration plant - Blades2Build” βάσει της Σύμβασης Επιχορήγησης Αρ. 101096437.	el
heal.advisorName	Χαριτίδης, Κώστας	el
heal.committeeMemberName	Χαριτίδης, Κώστας	el
heal.committeeMemberName	Βουγιούκα, Σταματίνα	el
heal.committeeMemberName	Ταραντίλη, Πετρούλα	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Επιστήμης και Τεχνικής των Υλικών (ΙΙΙ)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	94 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false