პლასტიკური ნარჩენების მაღალტემპერატურული თერმოქიმიური გადამუშავების პროცესის თერმოდინამიკური პარამეტრების გაანგარიშება და მაღალტექნოლოგიური ნანოსტრუქტურული ნახშირბადის მიღება

ანთროპოგენული აქტივობის ერთ–ერთი ყველაზე ხელშესახები შედეგია ნარჩენების წარმოქმნა, რომელთა შორის განსაკუთრებული ადგილი უკავია პლასტიკურ ნარჩენებს. პლასტიკური ნარჩენების უმეტესობა არ არის ბიოდეგრადირებადი, არ ექვემდებარება გახრწნას და კოროზიას, დროთა განმავლობაში პრაქტიკულად არ იშლება და დაწვისას გამოიყოფა ტოქსიკური ნივთიერებები, რომელთა სხეულიდან ამოღება შეუძლებელია. ამიტომ, დღეს–დღეობით მეტად აქტუალური პრობლემაა პლასტმასის ნარჩენების გადამუშავება. პლასტმასის გადამუშავების ყველაზე პერსპექტიული მეთოდია პიროლიზი. პერსპექტივა მართებულია, ორივე თვალსაზრისით გარემოს უსაფრთხოება და სასარგებლო პროდუქტების მიღება. დადგენილია, რომ პოლიეთილენის ტერეფტალატის (PET) პიროლიზის მთავარი ფრაქცია არის გაზური ნაკადი, მყარი ნარჩენები (ბენზოინის, აცეტოფენონების, და სხვა ორგანულ ნაერთებთან ერთად) და ზეთის ფრაქცია.

ამრიგად, პოლიმერული ნარჩენების პიროლიზით მიიღება მყარი ნაშთი (ნახშირი), რომელიც შეიცავს უარყოფით მინარევებს. ამიტომ საჭირო ხდება დამატებითი ტექნოლოგიის შემუშავება მათი მექანიკური და ქიმიური გამდიდრებისათვის. ეს დამატებით ხარჯებთანაა დაკავშირებული, რაც მნიშვნელოვნად გაზრდის პროდუქტის ღირებულებას. აქედან გამომდინარე შეგვიძლია დავასკვნათ, რომ პოლიმერული ნარჩენების პიროლიზით მიღებულ მხოლოდ ზეთს აქვს კომერციული წონა, ხოლო მიღებული ნახშირი შეიძლება განვიხილოთ როგორც გარემოს უფრო საშიშ დამაბინძურებელ და ეკოლოგიური საფრთხის შემცველ აგენტად (პიროლიზის პროცესში ის გამოიყოფა ფხვნილის სახით და არის გარემოში ადვილად გავრცელებადი). ფაქტიურად პიროლიზის არსებული მეთოდები ვერ უზრუნველყოფენ მაღალი ხარისხის, ნანოსტრუქტურული, აქტივირებული ნახშირბადის –„შავი ნახშირბადის“ მიღებას. ამიტომ, მეტად მიშვნელოვანია „შავი ნახშირბადის“ წარმოების ალტერნატიული მეთოდების კვლევა, რომლებიც მოხსნიან ეკოლოგიურ პრობლემებს და შეამცირებენ მის ღირებულებას.პროექტის ფარგლებში შემუშავებული იქნება პოლიმერული ნარჩენების თერმული დამუშავების ეკონომიკურად მომგებიანი, ეკოლოგიურად უსაფრთხო კომბინირებული მეთოდი – რომელიც ითვალისწინებს საწყის ეტაპზე ნარჩენების დაბალტემპერატურულ პიროლიზს, ხოლო შემდეგ – მაღალტემპერატურულ თერმო – ქიმიურ დამუშავებას გადახურებული წყლის ორთქლის გამოყენებით. შესწავლილი იქნება პოლიმერული ნარჩენების წყლის ორთქლით მაღალტემპერატურული თერმო – ქიმიური დამუშავების მექანიზმი. შემუშავებული და დამზადებული იქნება ნარჩენების გადასამუშავებელი და წყლის ორთქლის გარემოში მომუშავე მოდიფიცირებული რეაქტორი. რეაქტორის დიზაინისათვის განსაზღვრული და გამოთვლილი იქნება ნარჩენების თერმული დამუშავების სავალდებულო ოპერაციული პარამეტრები, რომლებიც განსაზღვრავენ პროცესის მსვლელობას, მიღებული პროდუქტის შემადგენლობასა და გამოსავლიანობას. რეაქტორში პლასტიკური ნარჩენების თერმული დამუშავება ტარდება 200-900⁰C ტემპერატურულ პირობებში. წყლის ორთქლი დაბალ ტემპერატურებზე ზრდის დაშლის პირველად რეაქციებს (იზრდება გაზებისა და პიროლიზური ზეთის გამოყოფა). ტემპერატურის ზრდით იზრდება გვერდითი რეაქციების (პოლიმერიზაცია, ციკლიზაცია) სიჩქარეები და იწყება მშრალი ნაშთის – ნახშირის დეპოზიტების წარმოქმნა, რომელიც შეიცავს სხვადასხვა სახის არასასურველ მინარევებს. 850–9000C ტემპერატურაზე გადახურებული წყლის ორთქლი ახდენს პროცესის აქტივაციას, პიროლიზური ნარჩენების სრულ დესტრუქციას და მიღებული ნახშირბადოვანი პროდუქტების დაჟანგვას აირებამდე, რასაც შედეგად მოსდევს აირში ნახშირბადის თავისუფალი ატომების წარმოქმნა, რომლებიც გაცივებისა და გამკვრივების შემდეგ წარმოქმნიან მაღალდისპერსული ნახშირბადის ნაწილაკებს, ხოლო მათი ჭავლურ წისქვილში დაფქვა/გადამუშავებით მიიღება მაღალი ხარისხის, ნანოსტრუქტურული, აქტივირებული ნახშირბადი – „შავი ნახშირბადი“.

ამრიგად, მეთოდი საშუალებას იძლევა პლასტიკური ნარჩენებისაგან მიღებული იქნას როგორც პიროლიზური ზეთი ასევე „შავი ნახშირბადი“, რომელიც სრულად დააკმაყოფილებს ტექნიკურ მოთოვნილებებს.

მიღებული „შავი ნახშირბადის“, ფიზიკური მახასიათებლების: სიმკვრივის, ფორიანობის, თავისუფალი ზედაპირის ფართობის, სისუფთავისა და გამოსავლიანობის დადგენა ხდება საერთაშორისო სტანდარტების შესაბამისად.