Ispitivanje sorpcionih svojstava ksilitnog litotipa lignita i proizvoda njegove pirolize i kopirolize sa polietilenom visoke gustine prema policikličnim aromatičnim ugljovodonicima i ugljovodoničnim frakcijama nafte

Abstract

Aktivni ugalj je efikasan i ekonomičan sorbent. Kopirolizom uglja sa ugljovodoničnim polimernim materijalima, kao što su polietilen i polipropilen, pored čvrstog proizvoda dobijaju se, tečni proizvod, sličnog sastava sintetičkoj nafti koja se dobija iz uljnih (bituminoznih) škriljaca, i gas relativno dobrog kvaliteta čije su osnovne komponente CO, CO2 i ugljovodonici, pri čemu se istovremeno može iskoristiti otpadna plastika čije nagomilavanje u životnoj sredini postaje sve veći problem. Imajući u vidu sličnost aktivnog uglja sa samim ugljem, kao i sa čvrstim proizvodima njegove pirolize (kako samog, tako i u prisustvu polimernih materijala), cilj ovoga rada bio je ispitivanje sorpcionih karakteristika navedenih supstrata u odnosu na organske zagađujuće supstance, policiklične aromatične ugljovodinike (eng. Polycyclic Aromatic Hydrocarbons - PAH), i zasićenu i aromatičnu frakciju nafte. U svojstvu sorbenata ispitivani su lignit ksilitnog litotipa (u daljem tekstu ksilitni lignit), čvrst ostatak pirolize istog lignita i čvrst ostatak kopirolize lignita i polietilena visoke gustine (eng. High Density Polyethylene - HDPE). Za sve ispitivane supstrate zapaženo je povećanje procenta sorpcije PAH sa porastom broja aromatičnih prstenova, što je bitno imajući u vidu činjenicu da njihova toksičnost i otpornost na degradaciju imaju isti rastući trend. Efikasnost sorpcije PAH ima sledeći redosled: ksilitni lignit < koksni ostatak pirolize lignita < koksni ostatak kopirolize lignita i HDPE. Međutim, svi sorbenti imaju mali procenat sorpcije PAH sa manje od 5 aromatičnih prstenova (maksimum do 17%). Izuzetak je karbazol koji se znatno bolje sorbuje u odnosu na PAH sa 3 i 4 aromatična prstena (48-82%), najverovatnije zbog interakcije heteroatoma sa sorbentom. Sorpcija jedinjenja iz zasićene frakcije nafte (prevashodno, n-alkani), pokazuje nepravilan, ali pretežno rastući trend sa porastom molekulske mase jedinjenja, sa time što je ovo znatno manje izraženo nego kod PAH. Efikasnost sorpcije n-alkana raste u sledećem nizu: koksni ostatak pirolize lignita < koksni ostatak kopirolize lignita i HDPE < ksilitni lignit. Procenat sorpcije n-alkana na oba koksna ostatka je približno isti kao za PAH sa 3 i 4 aromatična prstena i ne prelazi 20 %, dok je na polaznom lignitu veći, u proseku oko 30 %. Jedinjenja iz aromatične frakcija nafte (uglavnom, metilovani naftaleni i fenantreni) su se slično kao i PAH najefikasnije sorbovala na koksnom ostatku kopirolize ksilitnog lignita i HDPE, dok se kao najlošiji sorbent pokazao polazni ksilitni lignit. Kao i za PAH, sorpcija je bila efikasnija za jedinjenja veće molekulske mase. Međutim, u poređenju sa PAH adsorpcija aromatičnih ugljovodonika sa 2 i 3 prstena iz nafte je bila znatno efikasnija, pogotovu kod čvrstih ostataka pirolize iz oba ogleda (11-51 %), verovatno zbog odsustva viših PAH, koji se kompetitivno sorbuju na aktivna mesta supstrata. Dibenzotiofen, koji sadrži heteroatom, pokazao je analogno svojstvo kao i karbazol, tj. znatno veći procenat sorpcije (48 % i 55 % na čvrstim ostacima pirolize i kopirolize) u poređenju sa ostalim PAH iz aromatične frakcije nafte. Dobijeni rezultati pokazuju da proces pirolize ksilitnog lignita blago poboljšava, a njegova kopiroliza sa HDPE u većoj meri poboljšava sorpciona svojstva za uklanjanje PAH i njihovih metilovanih derivata, dok je u odnosu na n-alkane najveću efikasnost pokazao polazni lignit. Kslitni litotip i njegovi čvrsti proizvodi pirolize su pokazali znatno slabiju efikasnost u poređenju sa rezultatima analognih eksperimenata sorpcije PAH na zemljastom lititipu lignita i proizvodima njegove pirolize (za PAH sa 4 i više aromatičnih prstenova > 97 %; Pantić, 2022), iako ksilitni lignit ima dvostruko veći sadržaj organske supstance, izražen preko ukupnog organskog ugljenika. Ovaj rezultat ukazuje da efikasnost sorpcije više zavisi od sastava organske supstance, poroznosti i specifične površine čestica, kao i prisustva minerala tipa glina, nego od samog sadržaja organske supstance.