Recovery of methyl methacrylate from waste poly (methyl methacrylate) pellets using a low-temperature plasma and zeolites
- 주제어 (키워드) Waste PMMA plastic pellet , DBD plasma , Zeolites , Depolymerization , Sustainability , 폐PMMA 펠렛 , DBD 플라즈마 , 제올라이트 , 해중합 , 지속 가능성
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 하경수
- 발행년도 2025
- 학위수여년월 2025. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 화공생명공학과
- 실제 URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000079741
- UCI I804:11029-000000079741
- 본문언어 영어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권 보호를 받습니다.
초록 (요약문)
A dielectric barrier discharge (DBD) plasma method with zeolite catalysts was applied to waste poly (methyl methacrylate) (PMMA) pellets to retrieve methyl methacrylate (MMA), methacrylic acid, and methanol at a relatively low temperature. Waste PMMA pellets were provided in the form of post-industrial recycled (PIR) PMMA. Three types of zeolite catalysts such as HY, H-zeolite socony mobil-5 (HZSM-5), and H-mobil composition of matter-22 (HMCM-22) were tested to assess their catalytic performance for retrieval under plasma irradiation. By conducting comparative examples such as non-catalytic, catalytic, and plasma-assisted non-catalytic thermolysis reactions, the cooperative effects of the DBD plasma discharge and zeolite catalyst were investigated. HMCM-22 was found to be more effective, especially for the retrieval of MMA. In the cases of non-catalytic and catalytic thermolysis at 300 °C, conversions of PMMA were found 50.9% and 52.6%, respectively. By contrast, plasma-assisted non-catalytic thermolysis showed that the PMMA conversion improved by up to 90.6%, whereas the yield of MMA was relatively low (34.6%). Using zeolite catalysts in the plasma bed also improved PMMA conversion by up to nearly 90%. The liquid products yields were comparable for HY and HZSM-5. By contrast, HMCM-22 afforded the highest liquid product yield. Notably, the HMCM-22 case showed highest MMA yield at nearly 53.1%, which seems highly related to a large amount of Brønsted acid sites. More importantly, the byproducts having odor issue such as methyl pyruvate and 2,3-butanedione were not produced in such a plasma-assisted catalytic or non-catalytic conversion method.
more초록 (요약문)
폐폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 펠릿에서 메틸 메타크릴레이트(MMA), 메타크릴산 및 메탄올을 상대적으로 낮은 온도에서 회수하기 위해 제올라이트 촉매와 함께 유전체 장벽 방전(DBD) 플라즈마 방법을 적용하였습니다. 폐 PMMA 펠릿은 산업 부산물로 재활용된 형태인 PIR(Post-Industrial Recycled) PMMA로 제공되었습니다. HY, H-ZSM-5, H-MCM-22 세 종 류의 제올라이트 촉매를 이용하여 플라즈마 방사하에서의 회수 성능을 평가하 였습니다. 비촉매, 촉매, 플라즈마 보조 비촉매 열분해 반응과 같은 비교 실험 을 수행하여 DBD 플라즈마 방전과 제올라이트 촉매의 협력 효과를 조사하였 습니다. HMCM-22가 특히 MMA 회수에 있어 더 효과적인 것으로 나타났습 니다. 300°C에서의 비촉매 및 촉매 열분해의 경우 PMMA 전환율은 각각 50.9%와 52.6%로 나타났습니다. 반면, 플라즈마 보조 비촉매 열분해의 경우 PMMA 전환율이 최대 90.6%까지 개선되었으나 MMA 수율은 상대적으로 낮 은 34.6%였습니다. 플라즈마 반응 내에 제올라이트 촉매를 적용한 경우 PMMA 전환율은 거의 90%에 달했고, HY와 H-ZSM-5는 비슷한 액체 생성 물 수율을 보였습니다. 반면 H-MCM-22는 가장 높은 액체 생성물 수율을 제공하였으며, 특히 HMCM-22의 경우 MMA 수율이 약 53.1%로 가장 높게 나타났습니다. 이는 많은 양의 브뢴스테드 산점과 밀접한 관련이 있는 것으로 보입니다. 특히, 이러한 플라즈마 보조 촉매 또는 비촉매 전환 방식에서는 메틸피루베 이트(methyl pyruvate)와 2,3-부탄디온(2,3-butanedione)과 같은 악취가 나는 부산물이 생성되지 않았다는 점이 주목할 만합니다.
more목차
1. Introduction 1
2. Experimental 5
2.1 Materials 5
2.2 Characterization of material and catalyst 7
2.3 Packed-bed DBD plasma reactor and activity tests 10
3. Results and discussion 15
3.1 Properties of zeolite catalysts and WPP samples 15
3.2 Results of plasma-assisted catalytic thermolysis tests 27
3.3 Effects of acidity on the performance and proposed depolymerization pathway 36
3.4 Analysis of spent WPP samples 44
3.5 Comparison of energy consumption 49
4. Conclusion 53
Reference 55
