ПЕРСПЕКТИВИ ВИКОРИСТАННЯМ ВІДХОДІВ ПЕТФ ДЛЯ ОТРИМАННЯ ЕКОЛОГІЧНО БЕЗПЕЧНИХ МІНЕРАЛЬНИХ ДОБРИВ

Abstract. Наведено дослідження технологічної можливості застосування відходів ПЕТФ для капсульовання гранульованих мінеральних добрив. Запропоновано принципову технологічну схему отримання плівко твірної композиції. Отримано нітрат амонію капсульований з прогнозованою кінетикою вивільнення компонентів добрива.

 Keywords: поліетилентерефталат, відходи, капсульовані добрива.

1.Вступ. Поліетилентерефталат (ПЕТФ) є міцним, жорстким та легким матеріалом нового покоління. Фізичні характеристики ПЕТ роблять його ідеальним для використання у різних сферах: виготовлення упаковки(пляшок, коррексів і т.п.), плівок, волокон, елементів конструкцій. основна маса відходів ПЕТ складають вживані пляшки. На сьогодні в Україну ввозиться понад 10 тисяч тонн ПЕТ грануляту в місяць. Можна вважати, що левова частка цієї маси матеріалу у вигляді пляшок потрапляє на прилавки магазинів, а значить з часом стає відходами. Сумарні потужності України, на сьогоднішній день, з переробки ПЕТ відходів складають максимум 1 тисяча тон в місяць. Все інше осідає на полігонах і сміттєзвалищах – в кращому випадку, або горами сміття обабіч доріг [1,2]. Доцільним є дослідження з використання відходів ПЕТФ для капсулювання гранульованих мінеральних добрив. Капсульовані мінеральні добрива характеризуються більш високим коефіцієнтом засвоєння рослинами елементів мінерального живлення. Відповідно, зменшується необхідна доза внесених у ґрунт мінеральних добрив, кратність їх внесення та забруднення довкілля залишковими агрохімікатами. Не зважаючи на переваги капсульованих добрив у порівнянні із традиційними, їх продукція є невеликою, стосується в основному азотних добрив і у світовому виробництві складає лише 0,4÷0,5% [3], попри значну кількість розроблених плівкотвірних матеріалів [4,5], Це спричинене значним зростанням їх вартості, у порівнянні із звичайними гранульованими добривами. Тому актуальним є дослідження застосування відходів для капсулювання мінеральних добрив, що знизить затрати на їх виробництво і покращить їх економічну привабливість у сільському господарстві.

2.Матеріали досліджень. Для досліджень використовували відходи ПЕТФ тари у виді пластівців та синтетичне гранульоване мінеральне добриво – амонію нітрат. Поліетилентерефталат – складний поліефір, який отримується поліконденсацією терафталатової кислоти.

 3.Результати досліджень та їх обговорення. Полімери у виробництві капсульованих мінеральних добрив застосовують як основу плівкотвірної композиції. Полімерні матеріали дають змогу отримувати добрива тривалої дії з прогнозованими властивостями за мінімальної товщини покриття. Застосування відходів у виробництві капсульованих мінеральних добрив можна представити у виді таких послідовних технологічних стадій:

-       збір використаних виробів з ПЕТФ;

-       первинна переробка зібраних відходів;

-       створення плівкотвірної композиції;

-       капсулювання гранульованих мінеральних добрив.

Збір використаних виробів з ПЕТФ . Відходи ПЕТФ утворюються вже у процесі виготовлення виробів як технологічні залишки або брак. Такі відходи є промисловими, їхня переробка потребує мінімальних затрат, і, як правило, вони застосовуються на цих підприємствах повторно як вихідна сировина. Основна частка відходів ПЕТФ-пластику – це відходи споживання, які утворилися після використання тари. Джерела утворення таких відходів розосередженні на значній території. У такому випадку необхідним є організація збору та доставки відходів на підприємство, де здійснюється первинна їх обробка. У м. Львові реалізоване роздільне збирання побутових відходів, яке забезпечується сортування їх населенням у різні контейнери. Основний об’єм сировини отримується через збір використаних пляшок. Ідентифікація пляшок, як правило, не викликає труднощів. Всі пляшки з під напоїв виготовлені з ПЕТФ, а на пляшках з під інших рідин, виготовлених з ПЕТФ, є нанесено спеціальне маркування – знак рециклінгу з цифрою "1".

Первинна переробка зібраних відходів. Збиранням і підготовкою відходів ПЕТФ в Західному регіоні країни займається спеціалізоване підприємство «Галпет». Первинна переробка ПЕТФ відходів на даному підприємстві полягає в наступному. Спочатку спресовані тюки розбиваються на окремі пляшки з одночасним видаленням зовнішніх важких забруднень. Далі, пляшки підлягають сортуванню, потім подрібнюються, проходять повітряну сепарацію, миються у спеціальних ваннах з використанням лужних розчинів і повністю нових миючих засобів, флотуються, полощуться, тощо. В кінці матеріал подрібнюється на товарну фракцію, проходить систему вторинної повітряної сепарації, та упаковується. Чисті пластівці потім проходять стадію грануляції, тобто, отримання високоякісної вторинної кристалічної гранули шляхом повного розплавлювання сировини, її фільтрації і гранулювання [1].

Створення плівкотвірної композиції. Оболонка на поверхні гранули капсульованого добрива містить окрім полімеру різні функціональні додатки. Змішування компонентів оболонки, а також її нанесення на поверхню гранул мінеральних добрив найкраще здійснювати в рідкому стані. Цю задачу можна вирішити двома шляхами:

1)      розчиненням необхідних компонентів з використанням розчинників;

2)      змішування компонентів композиції у розплаві ПЕТФ.

Використання розплавів в якості плівкотвірної оболонки вимагає відповідного обладнання, в якому забезпечується відповідна температура від резервної ємності до розпилювальної форсунки. Так як температура плавлення ПЕТФ складає 280^оС, то застосування розплавів призводить до додаткових затрат тепла. Також азотні гранульовані добрива не рекомендується нагрівати вище 70 ^оС, так як це може привести до їх термічного розкладу [6]. Застосування розчинів позбавлений цих недоліків, однак в цьому випадку зростають витрати на матеріали, випаровування і очищення відпрацьованого зріджувального повітря від парів розчинника. З погляду екології та матеріальних витрат найбільш прийнятним було б застосування водних розчинів. Однак, ПЕТФ  не розчиняється у воді і багатьох органічних розчинниках. Лише за температури 40-150°С - у фенолах і їх алкіл- і хлор- заміщених, аніліні, бензиловому спирті, хлороформі, піридині, ди-хлороцтовій і хлорсульфоновій кислотах, циклогексаноні,  тощо. Для оцінки молекулярної маси методом віскозиметрії використовують розчини поліетилентерефталату в суміші крезолів, о-хлорфеноли, суміші фенол-тетрахлоретан  [7].  Застосування для розчинення ПЕТФ кислот чи ароматичних розчинників для отримання плівкотвірних композицій на наш погляд є не доцільним в силу агресивності та високої токсичності даних речовин. Це призведе до надлишкових матеріальних та енергетичних затрат під час отримання капсульованих добрив, а як наслідок, до зниження їх доступності для масового сільськогосподарського виробництва.

З метою покращення розчинності відходів ПЕТФ розроблений метод його хімічного модифікування  за допомогою диетиленгліколю [8]. Процес модифікації полягає у здійсненні алкоголізу подрібненої ПЕТФ-тари за температури 493К і вакуум-відгонці етиленгліколю за значення залишкового тиску 20кПа. Тривалість процесу модифікації складає 3,5 год. У результаті отримується матеріал, який добре розчиняється у таких розчинниках, як етилацетат, чотири хлористий вуглець, тощо за кімнатної температури. Це значно знижує складність технологічного процесу створення плівкотвірної композиції, а, відповідно, і затрати на його проведення.

Отриманий за даною схемою розчин плівкотвірної композиції використовували для капсулювання гранульованого нітрату амонію.

Капсулювання гранульованих мінеральних добрив. Капсулювання гранульованих мінеральних добрив доцільно проводити методом напилення оболонки на поверхню частинок, які перебувають у завислому стані. Даний метод реалізується у апараті псевдозрідженного стану. Таке обладнання характеризується високою інтенсивністю тепло- та масообміну під час капсулювання та забезпечує високу якість покриття.

Conclusions. У результаті проведених теоретичних та експериментальних досліджень показано технологічну можливість застосування відходів поліетитерефталату для капсулювання гранульованих мінеральних добрив. Отримано плівко твірну композицію складу модифікований ПЕТФ – гідролізний лігнін. Проведено капсулювання гранульованого нітрату амонію у апараті псевдозрілденого стану. Експериментальним методом підтверджено рівномірність покриття, що дає змогу отримувати капсульовані добрива із заданими властивостями.

References

[1].http://www.galpet.com.ua/uk/pererabotka-othodov-pet

[2]. Andrushkiv B., Vovk I., Pohajdak O.: Udoskonalenia ekonomichnoho instrumentarijuposhuku novyh resursiv v umovach postradianskoho suspilstva. Galyckyj ekonomicznyj visnyk. Lviv.2012. № 3 (36)

[3].Z.Wielgosz.: Zastosowanie polimerow do nawozow o spowolnionym dzialaniu / Z.Wielgosz, A. Winiarski, M.Krzeczynska, J.Pasternacki // Prace naukowe instytutu technologii nieorganicznej I nawozow mineralnych politechniki Wroclawskiej. – 1996. - № 45. – S.61-69.

[4]. Ovchinnikov L. and Lipin A.: Kapsulirovanie Mineralnykh Udobrenij vo Vzveshenom Sloe. Ivan. GKhTU, Ivanovo 2011.

[5].Sabadash V.: Zastosuvanja kapsuljovanyh mineralnyh dobryv dlja ekologichnoi bezpeky agrosystem. Dys. ... k.t.n. Lviv, 2005.

[6]. Selitra amiacznaia. Techniczeskie uslovia : GOST 2-85 -  М.: Izdatelstvo standartov. 1997.

[7].Encyklopedia polimerov. Т. III. Sovetskaia encyclopedia. М. 1977.

[8] Hak V. .: PhD thesis, Lviv Polytechnic Nats. Univ., Lviv 2011.

[9].O.Nagursky.: Zakonomirnosti kapsuliuvania reczovyn u stani psevdozridzenia ta ih dyfuzijnogo vyvilnenia. Lviv Polytechnic Nats. Univ., Lviv 2012

[10]. Lipin A. et al.: Octnka efektivnosti kapsulirovania granulirovanyh materialov v aparate kipiaschego sloia. Czerkasy. 1987.