АНАЛИЗ ЖИДКОГО ТОПЛИВА ПОЛУЧЕННОГО ПЕРЕРАБОТКОЙ ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ШИН МЕТОДОМ ГАЗОВОЙ ХРОМОТОГРАФИЧЕСКОЙ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИИ (GC-MS)

АННОТАЦИЯ

Свойства переработанного жидкого топлива определяются с помощью различных физических и физико-химических методов. В настоящее время наиболее эффективным методом исследования сложных смесей органических соединений, в частности топлив с фракцией кипения в диапазоне 150-450^oС, является газовая и жидкостная хроматография. Этот метод анализа изучает структурные и количественные свойства веществ в топливе. По проведенным экспериментальным исследованиям можно определить, что основными компонентами жидкого топлива, полученного при пиролизе отработанных шин, являются нормальные и изоалканы. Циклоалканы представлены в основном алкилциклогексанами, и их состав имеет большое значение. Существуют разные типы моноциклических ароматических соединений и углеводородов в целом.

Было определено, что жидкое топливо полученной использованной шины во многом аналогично составу топливных фракций, полученных при переработке нефти.

АBSTRACT

The properties of the processed liquid fuel are determined using various physical and physicochemical methods. Currently, the most effective method for studying complex mixtures of organic compounds, in particular fuels with a boiling fraction in the range of 150-450 ° C, is gas and liquid chromatography. This method of analysis studies the structural and quantitative properties of substances in a fuel. According to the experimental studies carried out, it can be determined that the main components of liquid fuel obtained by pyrolysis of used tires are normal and isoalkanes. Cycloalkanes are mainly represented by alkylcyclohexanes, and their composition is of great importance. There are different types of monocyclic aromatic compounds and hydrocarbons in general.

It was determined that the liquid fuel of the resulting used tire is in many ways similar to the composition of the fuel fractions obtained from petroleum refining.

Ключевые слова: Хроматография, детектор, нафтен, моноциклические ароматические углеводороды, бициклические ароматические углеводороды, тиофен.

Keywords: Chromatography, detector, naphthene, monocyclic aromatic hydrocarbons, bicyclic aromatic hydrocarbons, thiophene.

Актуальность. В настоящее время, когда население мира растет, растет и спрос на продукты, отвечающие человеческим потребностям. В современном мире науки производится множество продуктов для потребления людьми, а уровень жизни населения повышается. Известно, что часть продуктов, используемых для нужд населения, выбрасывается как отходы. На сегодняшний день в нашей стране и практически во всех странах мира количество твердых отходов растет со скоростью 1% на душу населения в год. В настоящее время зарегистрировано более 800 видов отходов, и ожидается, что в будущем их количество будет расти. В мире ведется большая работа по обеспечению защиты окружающей среды, рациональному использованию природных ресурсов, а также по улучшению санитарного и экологического состояния регионов. В последние годы была проделана большая работа по совершенствованию инфраструктуры системы обращения с твердыми отходами. Восемьдесят процентов отходов составляют органические вещества, а их переработка позволяет получить большое количество энергии и энергоносителей. По утверждению специалистов бытовые отходы - дешевое сырье во всем мире. Опыт развитых стран показывает, что 85% отходов можно перерабатывать. В странах Северной Европы введен раздельный сбор отходов, в результате чего большая часть сырья, такого как резина, бумага, пластик, алюминий, отправляется на переработку. Положительное влияние этого процесса на экологическую среду огромно. Переработка отходов значительно экономит энергию и сырье. По статистике, в Японии перерабатывается 34 % резиновых и кабельных изделий, 43 % изделий из стекла и 54 % бумаги и картона. В Китае 33 % металлических изделий, таких как алюминий, железо, медь, и 34 % изделий из шерсти, шелка, кожи и резины получают в результате переработки различных отходов.

На сегодня потребность человечества в автомобилях резко возрастает. Увеличение количества автомобилей приведет к распространению их резины и резиновых деталей в виде отходов. Самыми вредными для окружающей среды и экологии из отработанных запчастей являются автомобильные шины. Сжигание устаревших шин непосредственно в качестве топлива - это процесс, который приводит к выбросу большого количества вредных газов в окружающую среду и атмосферу. Были проведены научные исследования по переработке отработанных шин для получения продуктов, богатых углеводородами и по их применению в промышленных масштабах. В частности, использование точных и качественных методов анализа необходимо для качественной проверки жидкого топлива, полученного низкотемпературным пиролизом путем переработки использованных шин. С помощью этих методов можно определить элементный и молекулярный состав топлива неизвестного состава.

Постановка проблемы. Переработанный жидкий продукт из шин представляет собой смесь многих отдельных веществ. Ведь в химический состав шины входит до 30 синтетических каучуков, 8 видов натурального каучука и до 40 химических добавок. Поэтому при переработке этих отходов получаются продукты без определенного содержания. Чтобы определить, какой жидкий продукт является аналогом нефтепродукта, необходимо определить его химический состав, классы углеводородов и количество по массе.

Методы решения. В ходе исследования были разработаны эффективные методы утилизации отработанных автомобильных покрышек, которые относятся к категории токсичных отходов. В результате был разработан экономически, экологически и технологически эффективный метод утилизации, и было проведено научно обоснованное исследование возможности получения топлива, газа и технического углерода из промышленных отходов. Для анализа полученных результатов выбраны эффективные методы. Один из них - газовая хроматография и масс-спектрометрия (GC-MS) топлива.

В настоящее время наиболее эффективным методом изучения состава сложных смесей органических соединений, в частности фракций нефти кипящих в диапазоне 150-450^oC, является хромато-масс-спектрометрия (GC-MS) этого топлива. Используя этот метод, можно разделить нефтяные фракции, такие как бензин, дизельное топливо, газойль и т.д., в которых обнаружено более трехсот отдельных углеводородов. Проблема обнаружения соединений в таких сложных смесях может быть решена с помощью высокочувствительного метода масс-спектрометрии газовой хроматографии, включая возможности компьютера. Хроматография состоит из физико-химического разделения и анализа жидкостей на основе распределения и проверки компонентов на основе движущихся и неподвижных элементов в двухфазных интервалах. В основе хроматографического анализа должно лежать образование соединений с одинаковой структурой. Если в ходе анализа из смеси не выделяется другой тип соединения или компонента, считается, что это соединение с такой же структурой. Хроматографический метод отличается от других физико-химических методов тем, что также позволяет определять состав соединений, близких к свойствам обнаруживаемой смеси. Преимуществами хроматографического определения полученных результатов являются высокая скорость передачи данных, точность и автоматический контроль показателей.

В этом методе качество, состав, структура, классификация соединений осуществляется в широком диапазоне.

Полученные результаты и обсуждение. Хроматография - анализ широко используется в лабораториях, в промышленности для анализа количества и качества многокомпонентных структур, производственного контроля, автоматического контроля сложных процессов. Полученные хроматограммы определяют с помощью современных компьютеров. При использовании газового хроматографа рекомендуется температура от 15°C до 40°C и относительная влажность от 35% до 80%. Гелий рекомендуется в качестве газа-носителя. Перед работой газовый хроматограф следует включить примерно на 30 минут, так как система должна нагреться и стабилизироваться. Через шприц на 1 мл - образец вводится в колонку хроматографа. Собранные основные данные хранятся на компьютере и рассчитываются. Будут проводиться мониторинговые и аналитические работы.

Для определения содержания органических веществ в жидком продукте, полученном при низкотемпературном пиролизе отработанного автомобиля, с помощью масс-спектрального метода газовой хроматографии были получены следующие результаты.

Рисунок 1. Схема газохроматографического масс-спектрометрического (GC-MS) анализа отработанных шин на жидком топливе

Таблица 1.

Химический состав отработанного жидкого топлива для покрышек, определенный методом газовой хроматографии и масс-спектрометрии (GC-MS).

Выводы и предложения

Результаты газохроматографического анализа представлены в таблице 1. По результатам анализа было выделено наибольшее количество обнаруженных веществ по массе. Результаты показывают, что переработанные жидкие использованные шины содержат 1,2-диметилбензол (4,8%), м-этилметилбензол (2,87%), нонан (6,21%), 2,6-диметилоктан (2,07%), этилбензол (5,64%), о-Ксилол (5,52%), Дин (6,29%), 1-Этил-2-метилбензол (6,13%), 1,2,3-Триметилбензол (3,77)%), п-Цимол (4,65%), Ундекан (2,18 %).

Видно, что основными компонентами жидкого топлива, получаемого при пиролизе отработанных шин, являются нормальные и изоалканы. Циклоалканы представлены в основном алкилциклогексанами, и их состав имеет большое значение. Существуют разные типы моноциклических ароматических соединений и углеводородов в целом. Полученное топливо также содержит нафталин, фенантрен и их алкильные производные. В топливе содержится до 1% бензо и дибензотиофенов. В этом случае хромомасс-спектрометрическим методом определить меркаптаны и сульфиды затруднительно, поскольку их разложение приводит к образованию различных фрагментов алканов, соответствующих частям разложения.

Список литературы:

1. G.R.Mirzakulov, F.M.Yusupov International Journal Of Advanced Research in Science, Engineering and Technology VOLUME 7, ISSUE 8, August 2020 ISSN: 2350 0328  (- P 14583-14587 )
2. Williams P. T. Pyrolysis of waste tyres: A review // Waste Management. 2013. – Vol. 33, №8. – P. 1714-1728.
3. G.R. Mirzakulov, F.M.Yusupov Scientific –technical journal of FerPI 2020 . Том 24 . спец. вып. № 1. Часть 1 ISSN 2181-7200 (80-85 бетлар)
4. G.R. Mirzakulov, F.M. Yusupov, G.M. Mirzakulova Scientific –technical journal of  FerPI 2020 . Том 24 . спец. вып. № 1. Часть 2  ISSN 2181-7200 (- P 71-76)
5. G.R.Mirzakulov, F.M.Yusupov International Journal Of Advanced Research in Science, Engineering and Technology VOLUME 7, ISSUE 8, August 2020 ISSN: 2350 0328  (- P 14583-14587)
6. Г.Р.Мирзакулов, Ф.М.Юсупов Современный мир, природа и человек: сборник материалов XIX-ой  Международной научно-практической конференции (Кемерово, 25 сентября 2020 г.) ISBN: 978-5-8151-0247-7 (­- C 480-486)
7. Czajczynska D., Krzyzynska R., Jouhara H., Spencer N. Use of pyrolytic gas from waste tire as a fuel: A review // Energy. – Vol. 134. – P. 1121-1131.