Thermal decomposition of high-density polyethylene: kinetic study using TG and DTG data
How to cite
Abstract
Thermal decomposition or pyrolysis of polymer waste is considered one of the promising methods of polymer waste recycling. The purpose of this work is to study the kinetics of thermal decomposition of high-density polyethylene (HDPE) using isoconversion methods (Friedman, Flynn-Wall-Ozawa, Kissinger-Akahira-Sunose) and using model fitting methods (Arrhenius, Coates-Redfern). Thermogravimetric curves (TGA) and differential thermogravimetric curves (DTG) obtained at heating rates of 5, 10, 15, and 20 K min -1 showed a linear dependence of the curve in the standard conversion range, indicating first−order reactions and a single reaction mechanism. The obtained activation energy values for high–density polyethylene were calculated in the conversion range of 0.1 - 0.9 in increments of 0.1 by isoconversion methods with an average range of 138.3 to 155.0 kJ/mol. An additional calculation of the kinetic parameters was carried out using two methods of fitting the model with an activation energy value in the range of 135.3-139.5 kJ/mol.
Keywords
References
Горбовский К.Г., Казаков А.И., Норов А.М., Пагалешкин Д.А., Михайличенко А.И. Исследование кинетики термического разложения NPK-удобрений на основе нитрата аммониия. // Труды Кольского научного центра РАН. 2019. Т. 10. № 1(3). С. 64-71.
Давренбеков С.Ж., Тулеуов У.Б., Болатбай А.Н., Хавличек Д., Жакупбекова Э.Ж., Хамитова Т.О. Исследование термического разложения сополимера полиэтиленгликольфумарата с метакриловой кислотой // Химический журнал Казахстана. 2022. Гл. 4. № 80(2022). С. 110-119.
Садритдинов А.Р., Глазырин А.Б., Псянчин А.А., Захарова Е.М., Хуснуллин А.Г., Захаров В.П. Влияние условий переработки полипропилена на его термические и физико-механические характеристики // Пластические массы. 2021. № 3-4.
Табакаев Р.Б., Алтынбаева Д.Б., Ибраева К.Т., Заворин А.С. Кинетические характеристики пиролиза биомассы // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2020. Т. 331. № 12. 11-130.
Фетисова О.Ю., Кузнецов П.Н., Пуревсурен Б., Авид Б. Кинетическое изучение стадийности термического разложения различных углей Монголии // Химия твердого топлива. 2021. № 1. C. 3-10.
Хуснуллин А.Г., Захарова Е.М., Псянчин А.А., Захаров В.П. Теплофизические свойства полимерных компаундов на основе вторичного полипропилена и полиэтилена // Letters on materials. 2022. № 12(1). pp. 59-64.
Aboulkas A., El harfi K., El Bouadili A. Thermal degradation behaviors of polyethylene and polypropylene // Energy conversion and management. Part I: Pyrolysis kinetics and mechanisms. 2010. Vol. 51. Iss. 7. pp. 1363-1369.
Alfurhood J.А., Alsewailem F., Al-mutabaqani L. Activation energy for the pyrolysis of polymer wastes // European chemical bulletin. 2014. № 3(1). рр. 93-97.
Costa C.S., Fernandes A., Munoz M., Rosário Ribeiro M., Silva J.M. Analyzing HDPE thermal and catalytic degradation in hydrogen atmosphere: A model-free approach to the activation energy // Catalysts. 2024. № 14(8). Р. 514.
Li H., Mašek O., Harper A., Ocone R. Kinetic study of pyrolysis of high-density polyethylene (HDPE) waste at different bed thickness in a fixed bed reactor // The Canadian journal of chemical engineering. 2021. pp. 1732-1744.
Riaz Sh., Ahmad N., Farooq W., Ali I., Sajid M., Akhtar M.N. Catalytic pyrolysis of HDPE for enhanced hydrocarbon yield: A boosted regression tree assisted kinetics study for effective recycling of waste plastic // Digital chemical engineering. 2025. Vol. 14. pp. 100-213.