Keywords

СТРОИТЕЛЬНЫЕ И ДОРОЖНЫЕ МАШИНЫ

STROITEL'NYE I DOROZHNYE MASHINY

0039-2391

ИП Подколзин М.М.

DESIGN AND MODELING

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ

Термическое разложение полиэтилена высокой плотности: кинетическое исследование с применением данных TGA и DTG

Thermal decomposition of high-density polyethylene: kinetic study using TG and DTG data

Карасев

Роман Алексеевич

Karasev

Roman A.

roman_karasyov@mail.ru

Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского F.M. Dostoevsky Omsk State University

2025

28022025

69 2

Строительные и дорожные машины

Stroitel'nye i dorozhnye mashiny

60 76

2025

СТРОИТЕЛЬНЫЕ И ДОРОЖНЫЕ МАШИНЫ

STROITEL'NYE I DOROZHNYE MASHINY

Метаданные настоящей записи распространяются на условиях Creative Commons CC0 1.0 (передача в общественное достояние).

The metadata of this record are distributed under the Creative Commons CC0 1.0 Universal Public Domain Dedication.

Термическое разложение или пиролиз отходов полимеров считается одним из перспективных методов переработки полимерных отходов. Целью данной работы движет исследование кинетики термического разложения полиэтилена высокой плотности (HDPE) с применением изоконверсионных методов (Фридмана, Флинна-Уолла-Озавы, Киссинджера-Акахиры-Суносе) и применением методов подгонки моделей (Аррениуса, Коутса-Редферна). Термогравиметрические кривые (TGA) и дифференциальные термогравиметрические кривы (DTG) получены при скоростях нагрева 5, 10, 15 и 20 К мин−1 показали линейную зависимость кривой в стандартно применяемом конверсионном диапазоне, что свидетельствует о протекающих реакциях первого порядка и одном механизме реакции. Полученные значения энергии активации для полиэтилена высокой плотности были рассчитаны в конверсионном диапазоне 0,1 – 0,9 с шагом 0,1 изоконверсионными методами с диапазоном средних значений от 138,3 до 155,0 кДж/моль. Дополнительный расчет кинетических параметров был проведен при помощи двух методов подгонки модели со значением энергии активации в диапазоне 135,3-139,5 кДж/моль.

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.

Keywordsthermal decompositionhigh density polyethylene (LDPE); pyrolysis; kinetics; activation energy; preexponential multiplierthermogravimetric analysis (TGA)differential thermal analysis (DTG)Friedman isoconversion methodFlynn-Wall-Ozawa isoconversion methodKissinger-Akahira-Sunose isoconversion methodArrhenius model fitting methodfitting method The Coates-Redfern models

Ключевые словатермическое разложениеполиэтилен высокой плотности (LDPE); пиролиз; кинетика; энергия активации; предэкспоненциальный множительтермогравиметрический анализ (TGA)дифференциальный термический анализ (DTG)изоконверсионный метод Фридманаизоконверсионный метод Флинна-Уолла-Озавыизоконверсионный метод Киссинджера-Акахира-Суносеметод подгонки модели Аррениусаметод подгонки модели Коутса-Редферна

Исследование выполнено без внешнего финансирования.

The study was conducted without external funding.

metadata-license

CC0 1.0

issue-cover

Список литературы

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.