XVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Необычный способ переработки пластика
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Пластик очень плотно вошел в жизнь человека, так как он обладает некоторыми удобными свойствами: легкий, небьющийся, дешевый и долговечный. Однако вред от пластика гораздо сильнее, чем может показаться на первый взгляд. Обратной стороной долговечности пластика является его разложение. Пластик разлагается от 500 до 1000 лет, а это значит, что все изделия, которые были из него произведены, сейчас находятся на Земле и вокруг нас. Экологический баланс природы нарушается с каждым днем. Загрязнение почвы, океана и околоземного пространства губительно. Оно отражается на здоровье человека и качестве его жизни. Ставит под угрозу всех живых существ планеты. Природа уже не справляется самостоятельно с таким объемом переработки и загрязнение окружающей среды происходит все больше и больше. Как же помочь окружающей среде? Что я могу сделать в этом направлении, ведь если сейчас мы останемся равнодушными и не начнем интенсивно перерабатывать пластик, то экологии нашей планеты будет худо.
Актуальность: на сегодняшний день существует экологическая проблема загрязнения окружающей среды пластиком, имеющиеся способы переработки пластика реализуются, но недостаточно, поэтому необходимы и другие способы переработки.
Проблемы: нынешних методов по переработке пластика не хватает для того, чтобы справляться с объёмами его производства и отходами пластика.
Гипотеза: если пластик делают из нефтепродуктов, то его обратный процесс превращения не должен быть сложным.
Цель работы: изучить существующие методы переработки пластика и выявить самый выгодный и экологичный.
Задачи:
Изучить информацию о пластике и его видах
Узнать проблемы пластика в мире
Найти информацию о том, как можно перерабатывать пластик
Выбрать наилучший метод
Провести в домашних условиях эксперимент по переработке пластика
Объект исследования: экологические проблемы загрязнения мира пластиком
Предмет исследования: способы переработки пластика
Метод исследования:изучение литературных источников, сайтов, изучение
устройства аппарата для переработки, проведение эксперимента.
ГЛАВА 1. Пластик и методы его переработки
1.1 Виды пластика
(Приложение 1)
|
№ |
Виды пластика |
Что изготавливают |
Токсичность и химическая формула |
|
1. |
PET (PETE), полиэтилентерефталат. |
пластиковые бутылки для напитков, кетчупа, растительного масла |
Чистый ПЭТ не токсичен, Химическая формула (C10H8O4)n |
|
2. |
HDPE или PE HD, полиэтилен высокой плотности низкого давления. |
контейнеры для еды, упаковки молока, моющие средства, детские игрушки, |
Не токсичен. Химическая формула (С₂H₄)n |
|
3. |
ПВХ (Поливинилхлорид) |
пластиковые окна, натяжные потолки, садовые шланги, линолеум, сантехнические трубы, |
ПВХ считают совершенно безвредным Химическая формула (C₂H₃Cl)n |
|
4. |
LDPE полиэтилен низкой плотности высокого давления (ПВД, ПНП) |
гладкие не шуршащие пакеты, пищевую упаковку, парниковые пленки, детские игрушки, мусорные мешки. |
Не токсичени легко перерабатывается Химическая формула (С₂H₄)n |
|
5. |
Полипропилен |
упаковочные материалы, пленки, ламповые патроны, ковры, термобелье |
Безопасный материал Химическая формула (C₃H₆)n |
|
6. |
PS (ПС), Полистирол |
пенопласт, упаковочные материалы, теплоизоляционные материалы, |
Токсичен при нагревании Химическая формула (C₈H₈)n |
|
7. |
(PC, O, OTHER) –Поликарбонат, полиамид, смесь различных видов пластиков |
бутылочки для детей, пищевая упаковка, игрушки, бутылки для воды |
При частом мытье или нагревании поликарбоната выделяют бисфенол А — вещество, которое приводит к гормональному нарушению организма. |
Не смотря на всю пользу пластика, он несет огромный вред как экологии, так и самому человеку.
1.2Проблемы пластика в мире
Ежегодно в моря и океаны попадает 8 миллионов тонн пластиковых отходов
На поверхности океана образовалось уже пять «островов» из пластикового мусора. Один из них размером с Францию;
За последние 5 лет количество пластика в морях и океанах увеличилось в 10 раз;
Такими темпами к 2050 году в морях и океанах будет больше пластика, чем рыбы;
Вблизи Большого Тихоокеанского мусорного полигона морские организмы едят больше пластика, чем естественной пищи;
Микропластик также обнаружен в человеческом организме;
В общей сложности в мире уже произведено более 8,3 миллиардов тонн различных видов пластмасс. Из них 6,3 миллиардов составляют пластиковые отходы.
Каждый год в России образуется около 3 млн т пластиковых отходов.
Специалисты НИУ ВШЭ провели анализ данных в 2017 году и пришли к выводу, что на переработку отправляется не более 7%.
1.3 Виды переработки пластика
Бывает несколько видов:
Физический способ переработки
Это механический ресайклинг. Этот метод является самым распространённым. Сначала пластиковые отходы сортируют по степени загрязнённости. После этого пластик расплавляют в термических установках, чтобы получился однородный расплав (рециклат).
Химические способы переработки
1. Гидролиз и гликолиз
При гидролизе пластик расщепляют при помощи высоких температур и водно-кислотного раствора. На выходе получаются гранулы, максимально очищенные от токсичных веществ.
Гликолиз представляет собой переработку пластика при помощи гликоля и температуры выше 210-250 градусов. Полученное сырьё нельзя использовать для производства изделий, используемых в пищевой промышленности.
(Приложение 3)
2. Сольволиз
При этом методе переработки используют широкий диапазон растворителей, давлений, температур и катализаторов. В результате получается восстановленное волокно и ненасыщенные полиэфирные смолы. (Приложение 4)
3. Метанолиз
Здесь расщепление пластика происходит при помощи метанола. Процедуру проводят под высоким давлением в реакторе, где поддерживается высокая температура. Такой способ взрывоопасен. (Приложение 5)
4. Термокатализ
Этот способ превращает пластиковые отходы в жидкое топливо. Сначала отходы измельчают, затем нагревают при температуре выше 400. Полученная масса становится готовым котельным топливом.
Термические способы переработки 1.Пиролиз
Это один из самых эффективных способов переработки пластика. При температуре выше 600 градусов получаютсягазообразные продукты. В твёрдом остатке образуются технический углерод и соединения металлов. При этом способе разрушаются 99% вредных веществ
2. Газификация
При этом методе отходы обрабатываются потоком плазмы при температуре 1200 градусов. Отходы превращаются в пепел. Главный плюс метода – можно перерабатывать пластик без сортировки между собой.
1.4Наилучший метод переработки
Из всех этих методов есть один, который, по моему мнению, превосходит другие. Это термокатолиз. Мы можем превратить повседневный продукт в источник топлива и уменьшить скопление пластиковых пакетов. Создатель этого потрясающего и компактного девайса – Акинори Ито. Вдохновение Ито пришло из простого понимания того, что пластик изготавливается из нефти, поэтому его обратное превращение в нефть не должно быть очень сложным. Машина использует процесс пиролиза и термокатализа, который с помощью высоких температур разрушает сложные химические соединения.
(Приложение 2)
Вывод: Ознакомившись со всеми видами пластика и их экологическими проблемами, мы изучили способы переработок пластика. Среди них выбрали самый практичный и актуальный. Переработка пластиковых отходов в жидкое топливо.
ГЛАВА 2. Получение топлива из пластика
Тема: Получение топлива из пластика.
Цель: Выбрать виды пластика для эксперимента, провести эксперимент по переработки пластика.
Для проведения эксперимента, в ходе которого мы попытаемся воссоздать японский аппарат, нужно изучить его механизм работы. Процесс начинается с заполнения вакуумной печи пластиком, где его нагревают до температуры 427 °C, переводя в газообразное состояние. Эти пары охлаждаются и в виде конденсата оседают на специальный улавливатель. Это и будет полученное топливо, состоящее из смеси бензина, дизельного топлива, керосина и мазута. При этом, сама машина в процессе его производства не продуцирует каких-либо токсичных веществ. Полученное топливо можно использовать для теплогенераторов и печей или переработать в бензин. При загрузке в чудо-машину 1 кг пластика на выходе получим 1 л нефтепродукта, затрачивая при этом 1 кВт электрической энергии, и без выбросов СО2 в атмосферу. Для этой системы подходят бытовые, домашние материалы. Для удобства и лаконичности эксперимент эксперимента мы разбили его на 4 этапа.
Ход работы:
Поиск пластиковых отходов, выбор источника тепла, ёмкости для плавки и системы охлаждения.
Сборка аппарата и наполнение вторсырьём.
Нагрев ёмкости и сбор нефтепродуктов.
Фильтрация от механических загрязнений и проверка на горючесть.
Узнав все этапы переработки, к нам пришла идея взять за основу самогонный аппарат, так как у него есть схожие черты с оригинальным аппаратом. Герметичная ёмкость и система охлаждения в виде змеевика, позволили с легкостью воспроизвести агрегат, а для источника тепла была взята паяльная лампа. Выбор вторсырья пал на бракованные полипропиленовые пакеты, накопившиеся за короткий период времени. Уже полученное топливо мы профильтровали через многослойную марлю и проверили на горючесть.
1
2
3
4
Вывод:
В домашних условиях возможна переработка пластика, без выделений вредоносных веществ в соотношение пластика и горючего 1:1 соответственно. Горючесть полученного топлива подтвердилась.
Заключение:
Пластик очень плотно вошел в жизнь человека. Его виды, свойства и область применения расширяются с каждым годом. Однако наряду с полезностью своей он стал приносить и вред, особенно окружающей среде. Основные методы переработки не могут справиться с проблемой таких масштабов, так как их суть заключается в обработке и повторном использовании пластика. Поэтому поставив перед собой цель: изучить существующие методы переработки пластика и выявить самый выгодный и экологичный, я определил задачи, этапы своего проекта и приступил к его выполнению. Проведенный эксперимент получения топлива в домашних условиях, подтвердил мою гипотезу. Топливо можно получить из пластика, кроме PET. Данная работа актуальна на сегодняшний день. В будущем это может быть моя работа и бизнес.
Список литературы:
http://www.biowatt.com.ua/trends/ustrojstvo-pererabotki-plastikovyh-paketov-v-toplivo/
https://obuchonok.ru/node/1601
https://vyvoz.org/blog/problema-plastika-v-ekologii/
https://kavita.es/ru/vidy-plastika-tablica/
https://green.reo.ru/articles/tpost/dmvp8j69p1-ot-himii-do-radiatsii-kakie-bivayut-spos
учебник, 10-11 класс «Основы экологии» Н.М. Чернова, В.М. Галушин, В.М. Константинов
учебник, 9-11 класс «Экология России» Б.М. Миркин, Л. Наумова
Приложение
Приложение 1 (Виды пластика)
Приложение 2 (Аппарат Акинори Ито по переработки пластика)
Приложение 3 (Реакция гидролиза)
Приложение 4(Сольволиз)
Приложение 5 (Метанолиз)