Apabila Kimia Fizikal Memenuhi Ekonomi Pekeliling Untuk Menyelesaikan Isu Alam Sekitar: Bagaimana Projek ReScA Bermatlamat Menggunakan Produk Pirolisis Sisa Untuk Memperbaik dan Meremajakan Bitumen Bahagian 1

Abstrak: Pengurusan sisa bandar adalah tugas yang sukar: lebih daripada 30 peratus daripada jumlah pengeluaran Sisa Pepejal Perbandaran (MSW) dunia tidak dikendalikan dengan secukupnya, dengan pembuangan sampah masih menjadi amalan biasa. Satu lagi sumber sisa ialah industri turapan jalan: dengan hayat perkhidmatan kira-kira 10-15 tahun, asfalt menjadi kaku, mudah retak, dan oleh itu tidak lagi disesuaikan untuk penurapan jalan, jadi ia menjadi sisa. Untuk menyelesaikan masalah ini secara serentak, pendekatan berasaskan ekonomi pekeliling dicadangkan oleh projek ReScA, mencadangkan penggunaan pirolisis untuk merawat MSW (atau pecahannya sebagai Bahan Api Terbitan Elak, RDF), yang sisa (minyak dan arang) boleh digunakan sebagai bahan nilai tambah untuk kitaran asfalt. Char boleh digunakan untuk menyediakan asfalt yang berprestasi lebih baik dan tahan lasak, dan minyak boleh digunakan untuk menjana semula asfalt ekzos, mengelakkan tapak pelupusan mereka. Pendekatan yang dicadangkan menyediakan laluan yang berbeza dan lebih berguna dalam kitaran akhir sisa (EoW) sisa bandar. Bukti konsep ini dicadangkan oleh dua pemerhatian berikut: (i) Char terdiri daripada zarah karbon yang sangat serasi dengan sifat organik bitumen, jadi penambahannya boleh mengukuhkan keseluruhan struktur bitumen, meningkatkan sifat mekanikalnya dan memperlahankan molekul. kinetik proses penuaannya; (ii) minyak kaya dengan hidrokarbon, jadi ia boleh memperkayakan pecahan miskin fasa maltena dalam asfalt ekzos. Hipotesis ini telah dibuktikan dengan menguji sisa-sisa yang diperoleh daripada pirolisis RDF untuk penambahbaikan ciri-ciri mekanikal sampel bitumen yang mewakili dan penjanaan semulanya selepas penuaan. Pendekatan yang dicadangkan dicadangkan oleh kajian fizikokimia bahan yang terlibat dan bertujuan untuk menunjukkan bagaimana pengetahuan kimia sistem kompleks, seperti bahan bitumen, boleh membantu dalam menyelesaikan isu alam sekitar. Kami berharap pendekatan ini akan dianggap sebagai kaedah model untuk masa hadapan.

Glikosida cistanche juga boleh meningkatkan aktiviti SOD dalam tisu jantung dan hati, dan dengan ketara mengurangkan kandungan lipofuscin dan MDA dalam setiap tisu, dengan berkesan menghilangkan pelbagai radikal oksigen reaktif (OH-, H₂O₂, dll.) dan melindungi daripada kerosakan DNA yang disebabkan oleh OH-radikal. Glikosida phenylethanoid cistanche mempunyai keupayaan penghapusan radikal bebas yang kuat, keupayaan pengurangan yang lebih tinggi daripada vitamin C, meningkatkan aktiviti SOD dalam penggantungan sperma, mengurangkan kandungan MDA, dan mempunyai kesan perlindungan tertentu pada fungsi membran sperma. Polisakarida cistanche boleh meningkatkan aktiviti SOD dan GSH-Px dalam eritrosit dan tisu paru-paru tikus senescent eksperimen yang disebabkan oleh D-galaktosa, serta mengurangkan kandungan MDA dan kolagen dalam paru-paru dan plasma, dan meningkatkan kandungan elastin, mempunyai kesan penghapusan yang baik pada DPPH, memanjangkan masa hipoksia pada tikus senescent, meningkatkan aktiviti SOD dalam serum, dan melambatkan degenerasi fisiologi paru-paru dalam tikus senescent secara eksperimen Dengan degenerasi morfologi selular, eksperimen telah menunjukkan bahawa Cistanche mempunyai keupayaan antioksidan yang baik. dan berpotensi menjadi ubat untuk mencegah dan merawat penyakit penuaan kulit. Pada masa yang sama, echinacoside dalam Cistanche mempunyai keupayaan yang ketara untuk menghilangkan radikal bebas DPPH dan mempunyai keupayaan untuk mengais spesies oksigen reaktif dan menghalang degradasi kolagen yang disebabkan oleh radikal bebas, dan juga mempunyai kesan pembaikan yang baik pada kerosakan anion radikal bebas timin.

Klik pada faedah rou cong rong

【Untuk maklumat lanjut:george.deng@wecistanche.com / WhatApp:86 13632399501】

1. Pengenalan

Sekitar 2.01 bilion tan sisa pepejal perbandaran (MSW) dihasilkan di seluruh dunia setiap tahun, di mana 33 peratus daripadanya tidak dikendalikan dengan secukupnya [1]; di banyak negara, sesungguhnya, sisa bandar (isi rumah, sekolah, industri, sisa hospital, dll. [2]) masih dirawat oleh proses yang kurang dalam penggunaan semula atau aktiviti kitar semula. Amalan pengurusan sisa pepejal yang tidak betul menghasilkan masalah sosial dan ekonomi, mempunyai kesan alam sekitar yang ketara, dan meningkatkan risiko kesihatan manusia [1].

Melihat kepada Eropah, pada 2019, 224.4 juta tan MSW dihasilkan, di mana 31 peratus daripadanya dikitar semula, 27 peratus ditukar kepada tenaga, 18 peratus menjalani rawatan biologi, 24 peratus dibuang ke tapak pelupusan sampah, dan 1 peratus dibakar. Di Itali, peratusan rawatan sisa adalah sejajar dengan trend Eropah, tetapi berbanding dengan Jerman, telah diperhatikan bahawa proses pengurusan sisa yang lebih baik boleh dilaksanakan (peratusan Itali vs Jerman: kitar semula 33 peratus berbanding 48 peratus ; pemulihan tenaga 21 peratus lwn. 32 peratus , rawatan biologi 23 peratus lwn. 18 peratus , pelupusan 23 peratus lwn. 1 peratus , insinerasi 1 peratus lwn. 1 peratus , masing-masing) [3].

Pelupusan tapak pelupusan mempunyai akibat berikut:

- mencacatkan landskap negara;

- kos penyelenggaraan dan pengangkutan [4], memandangkan tapak pelupusan sampah selalunya terletak di kawasan terpencil;

- masalah kesihatan akibat pembiakan bakteria dan serangga [5];

- pencemaran tanah, air bawah tanah (disebabkan oleh peresapan cecair daripada penguraian bahan organik), dan atmosfera (pelepasan hasil penguraian gas [6] seperti metana, yang dua puluh kali lebih berbahaya daripada CO2 sebagai gas rumah hijau [7]).

Proses penukaran termokimia (pirolisis, pengegasan, pembakaran, atau insinerasi) adalah strategi yang mudah untuk menghasilkan bahan api dan tenaga daripada MSW [8]. Jumlah MSW untuk rawatan haba mencapai 921 tan/tahun pada 2010–2015 [8]. Malangnya, pembakaran dan pembakaran sisa mempunyai kesan alam sekitar yang tidak boleh diabaikan [9–11]. Sasaran rawatan terma, sememangnya, adalah untuk menyediakan pengurangan keseluruhan dalam kesan alam sekitar yang mungkin timbul daripada pengurusan sisa yang tidak betul.

Proses pirolisis untuk transformasi sisa [8] dilakukan tanpa ketiadaan O2 dalam reaktor yang direka khusus, di bawah suhu dan tekanan tertentu, membolehkan (i) penghasilan tiga produk nilai tambah (minyak bio, gas, dan arang) [8,12–14]; (ii) kecekapan pemulihan tenaga yang lebih tinggi, dan (iii) pengurangan pelepasan gas yang mencemarkan [15].

Walaupun terdapat kelebihan yang tidak dapat dipertikaikan untuk penggunaan proses termokimia khusus ini [8,16], dan tiada peningkatan ketara dari segi pelepasan CO2 berlaku, pulangan ekonomi yang berkaitan dengan pecahan boleh terkondensasi (minyak bio) dan produk pepejal (char) adalah tidak ditakrifkan sepenuhnya kerana:

- bio-minyak ialah campuran cecair kompleks yang mengandungi hidrokarbon dan spesies beroksigen dengan pelbagai jenis berat molekul yang sangat luas, yang masih sukar untuk dieksploitasi dan digunakan;

- arang ialah bahan berasaskan karbon pepejal dengan pecahan tak organik yang tinggi (bergantung kepada bahan suapan) yang mengehadkan eksploitasi fungsinya.

Satu lagi kitaran yang masih dibuka di beberapa negara ialah kitaran asfalt. Selepas ~10–15 tahun, asfalt menjadi tua, dan seterusnya keras dan rapuh, dan tidak lagi sesuai untuk penurapan jalan, jadi ia digantikan dengan yang baru kerana rawatan kimia yang mahal diperlukan untuk penjanaan semulanya. Baru-baru ini, kerajaan dan pihak berkuasa jalan raya menuntut agar industri turapan menjadi lebih mampan dengan mengurangkan penggunaan kedua-dua bahan dara yang mahal dan semakin terhad serta mengelakkan pembuangan sampah. Di Itali, seperti negara EU yang lain, hanya 20–30 peratus daripada asfalt tebus guna digunakan semula untuk proses penurapan baharu, dan 8–10 berat. peratus daripada asfalt tebus guna yang ada telah ditimbus pada tahun 2018 [17,18]. Penggunaan semula asfalt yang dibuang boleh mengurangkan kos keseluruhan bahan penurapan jalan baru dengan ketara [18,19]. Penggunaan bahan buangan dalam aplikasi jalan juga boleh membantu dalam pengurangan kos, dan trend yang semakin meningkat untuk penggunaannya untuk skop sedemikian boleh didapati [20].

Dalam kerja ini, laluan yang baik untuk penggunaan sisa yang diperolehi pirolisis untuk meningkatkan prestasi asfalt dan meningkatkan kitaran hayatnya, dengan itu mengurangkan pelupusan ke tapak pelupusan, dicadangkan. Kebolehlaksanaan idea ini disaksikan oleh pembiayaan projek penyelidikan (ReScA) baru-baru ini yang bertujuan untuk menggunakan produk pepejal (char) dan cecair (bio-minyak) yang berfaedah yang diperoleh daripada pirolisis sisa untuk menghasilkan lebih tahan lama dan tinggi. melakukan bitumen dan asfalt, sekali gus menjamin keselamatan jalan raya yang lebih baik dan pengeluaran sisa yang lebih rendah.

Kerja-kerja ini dianjurkan seperti berikut: pertama, asas fizikokimia yang mendasari idea menggunakan sisa yang diperolehi pirolisis untuk memperbaiki ciri-ciri asfalt diperkenalkan (Bahagian 2), kemudian kebolehlaksanaan pendekatan, serta metodologi dan kerja yang dijalankan setakat ini di bawah projek ReScA, dilaporkan dalam Bahagian 3 dan 4, kesan yang dijangkakan dalam bidang teknologi, sosial dan ekonomi dilaporkan dalam Bahagian 5, dan kesimpulan, bersama-sama dengan beberapa ulasan akhir tentang perspektif masa depan, dilaporkan dalam Bahagian 6 .

2. Asas Fiziko-Kimia untuk Penyepaduan Sisa dan Kitaran Asfalt

Polimer adalah bahan tambahan biasa untuk penambahbaikan sifat asfalt, tetapi sehingga kini, penggunaannya tidak ekonomik kerana kosnya yang tinggi [20]. Kemajuan penyelidikan terkini menunjukkan kemungkinan penggunaan sisa, atau produk yang diperoleh daripada pirolisis sisa, sebagai bahan tambahan bitumen dan asfalt yang baru muncul [20-24]. Di samping itu, baru-baru ini, asas fizikokimia penambahbaikan ciri mekanikal asfalt akibat penambahan arang telah dinilai [25-30]. Char mempamerkan sifat antioksidan dan anti-penuaan apabila digunakan sebagai bahan tambahan asfalt, dan bio-minyak boleh memberikan sifat penjanaan semula pada asfalt tua, memulihkan fasa maltena dengan molekul berat molekul rendah [27,31].

Zarah bersaiz nano, terima kasih kepada nisbah permukaan-ke-isipadu yang tinggi dan komposisi kimia yang boleh ditala, boleh memberi kesan ketara ke atas sifat reologi bitumen dan asfalt, walaupun apabila ditambah kepada bitumen dalam peratusan yang sangat kecil [32]. Khususnya, zarah halus boleh meningkatkan kapasiti beban turapan dan mengurangkan pembentukan keretakan akibat keletihan semasa hayat operasi turapan. Zarah karbon dijangka memberikan hasil yang lebih baik, terima kasih kepada keserasian kimianya dengan bitumen (kedua-duanya adalah bahan kaya karbon) [25]. Arang, yang dicirikan oleh struktur berliang dan berserabut, bertanggungjawab untuk interaksi yang kuat dengan pengikat [28]. Di samping itu, kandungan karbonnya yang tinggi didapati mempengaruhi kekerasan dan keliatan bitumen [33]. Penggunaan char sebagai pengubah bitumen telah diuji oleh pengarang yang berbeza [34,35] dan dalam semua kes, prestasi mekanikal yang lebih baik telah dikesan.

Interaksi antara arang dan bitumen juga boleh mempunyai kesan anti-penuaan. Penaakulan kimia yang menyokong hipotesis ini adalah bahawa interaksi bahagian apolar arang dengan fasa maltogenik bitumen dijangka mengekang yang terakhir kepada dinamik yang lebih terhad. Oleh itu, kehadiran zarah pepejal seperti arang, menghalang dinamik transformasi bitumen, boleh melambatkan proses yang bertanggungjawab untuk penuaan, termasuk dinamik yang melibatkan kelompok asphaltene dan agregatnya, pada skala panjang yang berbeza dan berinteraksi dengan kekuatan yang berbeza [36].

Baru-baru ini, Rajib et al. pada 2021 [37] mengkaji faedah menggunakan biochar untuk melambatkan pengoksidaan dan penuaan UV pada kedua-dua pengikat dan asfalt, dan Kumar et al. [38] menilai kestabilan penyimpanan haba pengikat yang diubah suai dengan sisa plastik terpirolisis (PPC). Kerja mereka menunjukkan bahawa sisa pirolisis boleh digunakan sebagai pengubah dalam bitumen, tetapi nampaknya banyak kerja masih diperlukan, khususnya, untuk menghadapi masalah kestabilan [38].

Di bawah penuaan, keretakan atau keretakan pada asfalt boleh berlaku [39], kerana komponen kimia bitumen menjadi semakin kurang mudah alih di bawah tekanan yang dikenakan. Penuaan adalah hasil keseluruhan daripada beberapa proses, setiap daripadanya dicirikan oleh skala masa mereka:

1. volatilisasi komponen yang lebih ringan [40], fenomena yang berlaku walaupun semasa penempatan asfalt baru [41,42];

2. pengoksidaan juzuk bitumen oleh oksigen atmosfera. Molekul teroksida adalah lebih polar dan boleh memberikan pemasangan diri yang dipertingkatkan [43];

3. tindak balas kimia menyebabkan pempolimeran dan pembentukan struktur yang lebih besar dalam bitumen (thixotropy) [44].

Selepas penuaan, kemuluran/kelikatan asal bitumen entah bagaimana boleh dipulihkan dengan penambahan mudah agen pelembut (biasanya dipanggil fluks), seperti minyak fluks, minyak soya, minyak buburan, stok pelincir, dll. [45,46].

Setakat ini, kaedah yang lebih canggih untuk memulihkan kimia asal bitumen yang kemas dan struktur antara molekul asalnya [36,47] (peremajaan) dengan melambatkan proses pengoksidaan, aglomerasi, dan pemasangan sendiri yang berlaku semasa keseluruhan proses penuaan telah digunakan. dirumuskan.

Mengenai penggunaan bio-minyak, telah terbukti bahawa komposisinya menjadikannya agen fluks yang mungkin. Rasional di sebalik aplikasi ini terletak pada kehadiran molekul amphiphilic yang boleh berinteraksi dengan yang sedia ada dalam bitumen. Interaksi antara pelbagai jenis tapak amphiphilic boleh menjadi pelbagai, disebabkan sifat kompleks molekul tersebut, dan dengan kesan yang ketara, terutamanya jika molekul berasid dan asas bersentuhan dalam sistem, disebabkan oleh tolakan bertenaga yang menggalakkan ke arah ikatan H yang kuat. pembentukan atau, walaupun pemindahan proton yang pasti dengan pembentukan spesies bercas [48]. Dalam rangka kerja ini, contoh terbaru ditawarkan oleh kerja Ren et al. pada tahun 2020 [49], di mana penambahan bio-minyak yang diperoleh daripada pirolisis biojisim kepada bitumen telah diuji untuk meningkatkan prestasinya. Bitumen yang lebih baik telah digunakan pada pelekat sendiri dan kepingan cair panas yang didop. Bio-minyak telah diuji dengan titrasi FT-IR, GC-MS, dan Karl Fischer, manakala prestasi bitumen dinilai dengan ujian titik lembut, ujian fleksibiliti suhu rendah, ujian kekuatan mengelupas, kelikatan, ketumpatan, kekerasan, dan penentuan rintangan haba , dan mengekalkan ujian kelekitan. Keputusan penilaian sifat fizikal menunjukkan bahawa bio-bitumen adalah pengganti berpotensi dalam kepingan salutan bitumen.

Dalam bahagian seterusnya, butiran tentang bagaimana aspek ini dieksploitasi dan dianalisis selanjutnya dalam projek ReScA dilaporkan.

3. Metodologi dan Keputusan Awal: Projek ReScA

Projek ReScA memberi tumpuan kepada penggunaan bio-minyak dan arang daripada proses pirolisis yang boleh dilaksanakan untuk menghasilkan asfalt yang lebih baik dan tahan lebih lama, serta untuk menjana semula asfalt di tapak sebaik sahaja ia berumur atau letih. Matlamat utama ReScA ialah penyepaduan sisa bandar dan kitaran asfalt. Ia akan dicapai mengikut dua tiang utama (Rajah 1): (i) penalaan ciri-ciri produk pirolisis melalui pengoptimuman proses; (ii) penggunaan produk pirolisis untuk penggubalan asfalt dan peremajaan apabila ia sudah tua atau letih.

Pendekatan yang dicadangkan membawa kepada faedah umum berikut:

1. penggantian produk terbitan petroleum (cth, minyak mentah) dengan produk daripada pirolisis sisa pepejal bandar;

2. peningkatan ciri-ciri mekanikal dan jangka hayat asfalt melalui penggunaan arang;

3. kos rendah dan peremajaan di tapak asfalt habis melalui bio-minyak.

Faedah yang dinyatakan di atas dijangka memberi kesan yang besar kepada pelupusan asfalt lama di tapak pelupusan sampah, pelepasan CO2 dan kos pengeluaran, akibat daripada peningkatan tempoh asfalt. Selain itu, konsep ReScA, menerima pakai eksploitasi pirolisis daripada transformasi sisa bandar (memberi tumpuan kepada bahan api terbitan sampah, RDF), pada masa yang sama, membolehkan pemulihan tenaga yang ketara [50] (nilai pemanasan biasanya sekitar 20 MJ /kg [51]) dan pengurangan tapak pelupusan, mencapai paradigma ekonomi bulat yang digesa untuk diguna pakai dalam peralihan-19 pasca COVID.

3.1. Metodologi (Pyrolysis, Sifat Rheologi Asfalt)

ReScA meneruskan eksploitasi produk pepejal dan cecair yang tidak konvensional (arang dan bio-minyak) untuk penukaran termo sisa bandar untuk meningkatkan dan menambah baik asfalt, menjadikannya lebih tahan dan tahan lama (melalui penggunaan arang) dan membenarkannya di tapak. penjanaan semula melalui penggunaan bio-minyak. ReScA ialah projek antara disiplin yang mengambil kesempatan daripada kerjasama ahli kimia, ahli fizik dan jurutera untuk memastikan kedua-dua pengeluaran dan pencirian bahan tambahan untuk asfalt melalui pirolisis dan pencirian prestasi asfalt yang lebih baik dari sudut pandangan reologi.

3.1.1. Pendekatan Pirolisis sebagai Termokonversi Sisa

Proses pirolisis membolehkan penukaran bahan mentah, kebanyakannya dengan kandungan karbon tinggi (cth, biojisim lignoselulosa, RDF, plastik, tayar), dalam tiga produk utama:

- pecahan boleh terkondensasi (bio-minyak) yang kaya dengan air, hidrokarbon, dan spesies yang mengandungi oksigen [14,52–54];

- campuran gas (terutamanya CO, CO2, dan CH4) yang boleh digunakan, terima kasih kepada nilai pemanasannya, untuk mengekalkan proses secara bertenaga [14,52,55–58];

- sisa pepejal kaya karbon (char) [52,59].

Julat suhu operasi, kadar pemanasan, atmosfera (tipologi gas lengai), dan masa tinggal wap dan pepejal dalam kebuk pirolisis boleh dilaraskan berdasarkan output yang dikehendaki, mengumpulkan proses pirolisis kepada empat kategori luas: perlahan, pirolisis konvensional, cepat dan kilat [52]. Kadar pemanasan berbeza dari 0.1–1 ◦C/s (pirolisis perlahan) hingga melebihi 1000 ◦C/s (pirolisis kilat), manakala secara konvensional, suhu proses terletak antara 300–600 ◦C.

Untuk menyerlahkan pengaruh parameter operasi ke atas hasil produk, dalam Rajah 2, perbandingan antara hasil produk pirolisis yang diperoleh daripada biojisim lignoselulosa yang diperoleh melalui ujian yang dilakukan pada suhu akhir yang berbeza dan kadar pemanasan yang berbeza dilaporkan. Sebagai petunjuk umum, keadaan pirolisis perlahan sesuai untuk pengeluaran arang, terutamanya pada suhu rendah, manakala untuk suhu yang sama, keadaan pirolisis cepat atau kilat sesuai untuk memaksimumkan pengeluaran gas dan cecair. Khususnya, pada suhu tinggi, jika proses dijalankan pada keadaan di mana masa tinggal wap berpanjangan (pada kadar pemanasan yang rendah, cth, keadaan pirolisis perlahan), hasil pecahan gas mencapai maksimum sejak tindak balas sekunder (cth. , retak) menjadi relevan dan char berkembang ke arah struktur dengan kandungan oksigen yang berkurangan (dipanggil char primer). Sebaliknya, pada kadar pemanasan yang tinggi (cth, keadaan pirolisis yang cepat dan kilat), hasil gas berkurangan untuk memihak kepada pengeluaran pecahan cecair yang lebih tinggi, memandangkan tindak balas sekunder (contohnya, penguraian kepada molekul kecil) adalah terhad [52]. Butiran lanjut mengenai pirolisis jenis biojisim lignoselulosa boleh didapati dalam kajian terbaru oleh Giudicianni et al. [52], manakala butiran mengenai pirolisis MSW boleh didapati dalam ulasan Hasan [60].

Penggunaan tenaga bagi pelbagai jenis proses adalah satu lagi aspek penting yang perlu diambil kira untuk tujuan aplikasi. Walau bagaimanapun, untuk menilai prestasi ekonomi proses tertentu, keseluruhan rantaian produktif, termasuk pengguna akhir produk pirolisis, harus diambil kira. Penilaian kitaran hayat (LCA) menjadi perlu dalam penilaian sedemikian.

Proses pirolisis ialah strategi thermoconversion yang fleksibel kerana komposisi setiap produk pirolisis boleh ditala dengan bertindak pada parameter yang sesuai. Pengoptimuman ini membayangkan pencirian terperinci komposisi bahan suapan permulaan, yang merupakan salah satu topik trend utama kawasan penyelidikan yang luas ini [52]. Protokol piawai (protokol ASTM) untuk mentakrifkan komposisi unsur (kandungan C, H, N, S melalui analisis muktamad), kandungan lembapan, abu, meruap dan karbon tetap (dengan analisis proksimat), dan nilai pemanasan bahan suapan diterima pakai secara konvensional [61].

Mengenai projek ReScA, bahan mentah terpilih (RDF) diperoleh daripada pengurusan sisa bandar dan distabilkan mengikut perundangan semasa. RDF ialah pecahan mudah terbakar MSW yang dicirikan oleh kandungan karbon yang tinggi dan nilai kalori yang tinggi kerana komposisinya termasuk: plastik keras, sisa pembungkusan, tekstil, kayu, logam, dan getah [62]. RDF dihasilkan dalam loji mekanikal-biologi untuk pengisihan MSW, sebagai sisa akhir proses berurutan berikut: (i) pemulihan bahan kitar semula (cth, plastik, logam, kaca, kertas); (ii) penstabilan biologi sisa terbiodegradasi; (iii) pengasingan sisa lengai [62].

RDF dicirikan oleh kebolehubahan komposisi yang tinggi yang mempengaruhi kelakuan terma keseluruhannya. Purata komposisi RDF yang dilaporkan oleh pengarang yang berbeza adalah seperti berikut: 15–35 peratus plastik, 15–50 peratus kertas selulosa dan kadbod, 2–10 peratus kayu, 5–20 peratus organik, dan kira-kira 5–10 peratus bahan tidak mudah terbakar [ 62–64].

Kemerosotan terma keseluruhan RDF terutamanya dipengaruhi oleh kemerosotan haba dua pecahan yang lebih banyak (pecahan selulosa dan plastik) [64]. RDF terurai dalam julat suhu yang lebih luas (200–600 ◦C, Rajah 4), tetapi pada suhu yang lebih rendah berbanding dengan bahan kaya karbon [65]. Karbon tetapnya yang rendah, bahan yang sangat meruap [64], dan kehadiran bahan tidak meruap antara 10 dan 20 peratus (logam boleh memangkinkan penguraian) bertanggungjawab untuk kelakuan pirolitik tersebut.

Proses penyahpolimeran dan pemecahan monomer komponen RDF mengawal kuantiti relatif pepejal (char), cecair (bio-minyak), dan pecahan gas, terutamanya yang mempunyai berat molekul yang lebih rendah.

Untuk pemahaman yang lebih baik tentang fenomena yang berlaku dalam kemerosotan terma RDF, dan juga untuk menyerlahkan bagaimana kadar pemanasan dan suhu akhir boleh mempengaruhi yang terakhir, kehilangan jisim (diukur dengan analisis termogravimetrik, TGA) dan isyarat termogravimetrik pembezaan ( DTG) RDF, dipilih sebagai kajian kes, dilaporkan dalam Rajah 3 untuk dua kadar pemanasan yang berbeza (5 dan 50 ◦C/min). Kehilangan jisim sebagai fungsi suhu atau masa tinggal adalah disebabkan oleh fenomena serentak penguraian, pengoksidaan, dan kehilangan meruap [66]. Perbezaan yang diperhatikan untuk dua lengkung TG membuktikan bahawa mekanisme degradasi dipengaruhi oleh kadar pemanasan dan, sebagai akibatnya, bahawa jumlah relatif tiga pecahan pada pengeluaran proses pirolisis (gas, arang dan bio-minyak) boleh ditala dengan beroperasi pada parameter yang berbeza (terutamanya julat suhu, kadar pemanasan dan masa tinggal gas).

Sebagai teguran terakhir, keunggulan rawatan pirolisis sisa plastik untuk mendapatkan prestasi persekitaran keseluruhan yang lebih baik daripada pilihan konvensional, seperti tapak pelupusan atau insinerasi, telah dibuktikan menggunakan pendekatan LCA sejak 2005 [67]. Baru-baru ini, Jeswani et al. [10] telah menjalankan analisis LCA yang lebih mendalam menunjukkan bahawa walaupun rawatan pirolisis sisa plastik campuran mempunyai kesan perubahan iklim dan kitaran hayat penggunaan tenaga 50 peratus lebih rendah daripada pilihan pemulihan tenaga, kesan lain seperti pengasidan, eutrofikasi dan fotokimia. dan pembentukan ozon, adalah lebih tinggi daripada untuk kitar semula mekanikal dan pemulihan tenaga disebabkan oleh permintaan tenaga yang agak tinggi dalam proses pirolisis dan penulenan. Oleh itu, keputusan Jeswani et al. [10] menggariskan keperluan untuk menambah baik, pada masa hadapan, usaha penyelidikan untuk meningkatkan kecekapan penukaran karbon pirolisis sisa untuk mengurangkan lagi kesannya.

3.1.2. Penyediaan Asfalt, Penuaan, Ujian Peremajaan dan Pencirian Reologi

Pelbagai ujian reologi standard biasanya digunakan untuk mencirikan komponen asfalt (terutamanya pecahan bitumen) dan prototaip asfalt.

Dalam projek ReScA, sampel bitumen yang mengandungi jumlah arang yang berbeza disediakan dan penilaian kestabilan mereka dicapai dengan teknik yang berbeza: eksperimen gred penembusan (EN 1426: 2015), ujian gelang dan bola (EN 1427: 2015), eksperimen resapan NMR, ukuran kalorimetri pengimbasan pembezaan (DSC), ukuran rheometri untuk G0, G00 dan tan delta, parameter alur dan keletihan, analisis gambar rajah hitam, pengimejan mikroskop (optik, AFM) dan inframerah pengukuran spektroskopi. Bitumen ubah suai char yang mempamerkan kestabilan yang baik kemudiannya digunakan untuk menyediakan prototaip asfalt. Penyediaan prototaip asfalt dijalankan oleh protokol piawai (UNI EN 12697-31) yang melibatkan pemadat gyratory. Secara terperinci, taburan saiz zarah tak organik dipilih mengikut Spesifikasi Standard Itali [19], pada masa yang sama, memenuhi had yang dikenakan oleh kaedah Turapan Asfalt Berprestasi Unggul di bawah Program Penyelidikan Lebuhraya Strategik (Superpave SHRP) [20]. ]. Penggredan agregat khusus untuk pengeluaran spesimen asfalt dipilih untuk memastikan fenomena anti-arut [21] dan mengikut kaedah reka bentuk campuran (UNI EN 933-1). Penilaian kestabilan dicapai menggunakan Ujian Kestabilan Marshall standard (ASTM D6927).

Untuk menilai kesan anti-penuaan yang diberikan oleh penambahan arang, ujian penuaan dilakukan pada bitumen yang diubah suai arang. Simulasi penuaan dijalankan mengikut prosedur standard ujian ketuhar filem nipis bergolek (RTFOT) mengikut protokol standard ASTM D2872-04 dan ujian kapal penuaan tekanan (PAV), menurut ASTM D6521 protokol. Pencirian sifat mekanikal selepas proses penuaan dilakukan dengan teknik analisis yang sama yang digunakan untuk penilaian kestabilan.

Untuk menguji keberkesanan bio-minyak sebagai rejuvenator atau sebagai agen fluks, sampel bitumen yang sudah tua dicirikan oleh teknik-teknik yang disebutkan di atas dan kemudian dirawat dengan jumlah bio-minyak yang semakin meningkat. Penilaian sifat mekanikal sampel yang diperolehi dan perbandingan keputusan tersebut dengan bitumen dara dan tua membolehkan definisi kesan penambahan bio-minyak.

Pengumpulan semua hasil pencirian ini diharapkan dapat mengukuhkan pemahaman tentang mekanisme interaksi antara juzuk bitumen dan bahan tambahan dalam bentuk nanopartikel yang bertanggungjawab terhadap peningkatan prestasi dan ketahanan bahan pengikat dan asfalt yang terhasil.

Sebagai bukti pendekatan yang dicadangkan, beberapa keputusan awal pada RDF, bahan suapan yang dipilih sebagai kajian kes, dilaporkan dalam bahagian seterusnya.

【Untuk maklumat lanjut:george.deng@wecistanche.com / WhatApp:86 13632399501】