Published May 28, 2021
| Version v1
Publication
Open
Thermal Behavior, Reaction Pathways and Kinetic Implications of using a Ni/SiO2 Catalyst for Waste Tire Pyrolysis
Creators
- 1. University of Bío-Bío
- 2. Universidad Nacional de La Plata
- 3. Technological University of Pereira
- 4. Green Chemistry
- 5. Ghent University
Description
Abstract Catalytic pyrolysis has been used to upgrading the quality of pyrolytic liquids. Herein, we report a comprehensive study on the catalytic pyrolysis of waste tires using Ni/SiO 2 as catalysts. The analyses were carried out by combining thermogravimetry (TGA), TGA interfaced to a Fourier Transform Infrared spectrometer (TGA–FTIR), and pyrolysis coupled to gas chromatography/mass spectrometer (Py–GC/MS) techniques. During waste tire decomposition, the main functional groups detected in the FTIR were alkenes, aromatics, and heteroatoms-containing groups such as nitrogen, sulfur, and oxygen. Meanwhile, by Py-GC/MS were identified mainly D,L-limonene, isoprene, benzene, toluene, xylenes (BTX), and p-cymene. The Py–GC/MS experiments at three different temperatures (350, 400, and 450 °C) suggested an effect of the catalyst on product distribution. The Ni catalyst promoted cyclization reactions and subsequently aromatization, leading to an improved vapors composition. The use of iso-conversional kinetic models along with master plots allows proposing a multiple-step reaction mechanism, which was well described by the Avrami-Erofeev, Random Scission, and truncated Sestak–Berggren models. The values of activation energies show differences for the catalyzed and uncatalyzed pyrolysis (111.0 kJ mol -1 and 168.4 kJ mol -1 ), validating the effectivity of Ni/SiO 2 . Finally, the thermal Biot (>1) and Py I and Py II numbers (10 -3 <Py I <10 -1 and 10 -2 < Py II <10 -3 ) confirms that the process is being occurred between the kinetic and the convection-limited regimes.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
تم استخدام التحلل الحراري التحفيزي التجريدي لتحسين جودة سوائل التحلل الحراري. هنا، نبلغ عن دراسة شاملة حول التحلل الحراري الحفاز لنفايات الإطارات باستخدام Ni/SiO 2 كمحفزات. تم إجراء التحليلات من خلال الجمع بين قياس الجاذبية الحرارية (TGA)، وربط TGA بمطياف الأشعة تحت الحمراء لتحويل فورييه (TGA - FTIR)، والتحلل الحراري المقترن بتقنيات كروماتوغرافيا الغاز/مطياف الكتلة (Py - GC/MS). أثناء تحلل نفايات الإطارات، كانت المجموعات الوظيفية الرئيسية التي تم اكتشافها في FTIR هي الألكينات والعطريات والمجموعات التي تحتوي على ذرات غير متجانسة مثل النيتروجين والكبريت والأكسجين. وفي الوقت نفسه، تم تحديد Py - GC/MS بشكل رئيسي D، L - limonene، isoprene، benzene، toluene، xylenes (BTX)، و p - cymene. اقترحت تجارب Py - GC/MS عند ثلاث درجات حرارة مختلفة (350 و 400 و 450 درجة مئوية) تأثير المحفز على توزيع المنتج. عزز محفز النيكل تفاعلات التدوير وبالتالي الأرومة، مما أدى إلى تحسين تكوين الأبخرة. يسمح استخدام النماذج الحركية التحويلية المتساوية جنبًا إلى جنب مع المخططات الرئيسية باقتراح آلية تفاعل متعددة الخطوات، والتي تم وصفها جيدًا من خلال نماذج Avrami - Erofeev و Random Scission و Sestak - Berggren المبتورة. تُظهر قيم طاقات التنشيط اختلافات في التحلل الحراري المحفز وغير المحفز (111.0 كيلو جول مول -1 و 168.4 كيلو جول مول -1 )، مما يؤكد فعالية Ni/SiO 2 . أخيرًا، تؤكد الأرقام الحرارية Biot (>1) و Py I و Py II (10 -3 <Py I <10 -1 و 10-2 < Py II <10 -3 ) أن العملية تحدث بين الأنظمة الحركية والأنظمة المحدودة للحمل الحراري.Translated Description (French)
Résumé La pyrolyse catalytique a été utilisée pour améliorer la qualité des liquides pyrolytiques. Ici, nous rapportons une étude complète sur la pyrolyse catalytique de pneus usagés utilisant Ni/SiO 2 comme catalyseurs. Les analyses ont été réalisées en combinant la thermogravimétrie (TGA), la TGA interfacée à un spectromètre infrarouge à transformée de Fourier (TGA–FTIR) et la pyrolyse couplée à des techniques de chromatographie en phase gazeuse/spectromètre de masse (Py–GC/MS). Au cours de la décomposition des pneus usés, les principaux groupes fonctionnels détectés dans le FTIR étaient des alcènes, des aromatiques et des groupes contenant des hétéroatomes tels que l'azote, le soufre et l'oxygène. Pendant ce temps, par Py-GC/MS ont été identifiés principalement le D,le L-limonène, l'isoprène, le benzène, le toluène, les xylènes (BTX) et le p-cymène. Les expériences Py–GC/MS à trois températures différentes (350, 400 et 450 °C) ont suggéré un effet du catalyseur sur la distribution du produit. Le catalyseur au Ni a favorisé les réactions de cyclisation et ensuite l'aromatisation, conduisant à une composition améliorée des vapeurs. L'utilisation de modèles cinétiques iso-conversionnels avec des tracés maîtres permet de proposer un mécanisme de réaction en plusieurs étapes, qui a été bien décrit par les modèles Avrami-Erofeev, Random Scission et Sestak–Berggren tronqués. Les valeurs des énergies d'activation montrent des différences pour la pyrolyse catalysée et non catalysée (111,0 kJ mol -1 et 168,4 kJ mol -1 ), validant l'efficacité de Ni/SiO 2 . Enfin, les nombres thermiques Biot (>1) et Py I et Py II (10 -3 <Py I <10 -1 et 10 -2 < Py II <10 -3 ) confirment que le processus se produit entre les régimes cinétique et limité par convection.Translated Description (Spanish)
Resumen La pirólisis catalítica se ha utilizado para mejorar la calidad de los líquidos pirolíticos. A continuación, presentamos un estudio exhaustivo sobre la pirólisis catalítica de neumáticos de desecho utilizando Ni/SiO 2 como catalizadores. Los análisis se llevaron a cabo combinando termogravimetría (TGA), TGA interconectado a un espectrómetro infrarrojo por transformada de Fourier (TGA–FTIR) y pirólisis acoplada a técnicas de cromatografía de gases/espectrómetro de masas (Py-GC/MS). Durante la descomposición de los neumáticos de desecho, los principales grupos funcionales detectados en el FTIR fueron alquenos, aromáticos y grupos que contienen heteroátomos como nitrógeno, azufre y oxígeno. Mientras tanto, por Py-GC/MS se identificaron principalmente D,L-limoneno, isopreno, benceno, tolueno, xilenos (BTX) y p-cimeno. Los experimentos Py-GC/MS a tres temperaturas diferentes (350, 400 y 450 °C) sugirieron un efecto del catalizador en la distribución del producto. El catalizador de Ni promovió las reacciones de ciclación y posteriormente la aromatización, lo que condujo a una composición de vapores mejorada. El uso de modelos cinéticos iso-conversionales junto con gráficos maestros permite proponer un mecanismo de reacción de múltiples pasos, que fue bien descrito por los modelos Avrami-Erofeev, Random Scission y Sestak–Berggren truncado. Los valores de las energías de activación muestran diferencias para la pirólisis catalizada y no catalizada (111.0 kJ mol -1 y 168.4 kJ mol -1 ), validando la efectividad de Ni/SiO 2 . Finalmente, los números térmicos Biot (>1) y Py I y Py II (10 -3 <Py I <10 -1 y 10 -2 < Py II <10 -3 ) confirman que el proceso se está produciendo entre los regímenes cinético y limitado por convección.Files
latest.pdf.pdf
Files
(4.5 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:5ff3262d1bc3a7978495c536f4a3bbd8
|
4.5 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- السلوك الحراري ومسارات التفاعل والآثار الحركية لاستخدام محفز Ni/SiO2 لنفايات الانحلال الحراري للإطارات
- Translated title (French)
- Comportement thermique, voies de réaction et implications cinétiques de l'utilisation d'un catalyseur Ni/SiO2 pour la pyrolyse des pneus usés
- Translated title (Spanish)
- Comportamiento térmico, vías de reacción e implicaciones cinéticas del uso de un catalizador de Ni/SiO2 para la pirólisis de neumáticos de desecho
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4250104113
- DOI
- 10.21203/rs.3.rs-232987/v1
References
- https://openalex.org/W1776529996
- https://openalex.org/W1964896278
- https://openalex.org/W1969296105
- https://openalex.org/W1987781089
- https://openalex.org/W1998178981
- https://openalex.org/W1998321859
- https://openalex.org/W1998722001
- https://openalex.org/W2013459386
- https://openalex.org/W2020167526
- https://openalex.org/W2029903881
- https://openalex.org/W2033151716
- https://openalex.org/W2047300312
- https://openalex.org/W2053394878
- https://openalex.org/W2055876907
- https://openalex.org/W2056140571
- https://openalex.org/W2065288194
- https://openalex.org/W2067874706
- https://openalex.org/W2097808422
- https://openalex.org/W2170214641
- https://openalex.org/W2191994872
- https://openalex.org/W2213769690
- https://openalex.org/W2233812177
- https://openalex.org/W2330385050
- https://openalex.org/W2507768931
- https://openalex.org/W2509572453
- https://openalex.org/W2532626321
- https://openalex.org/W2605365537
- https://openalex.org/W2610753059
- https://openalex.org/W2744282705
- https://openalex.org/W2789349431
- https://openalex.org/W2794971659
- https://openalex.org/W2806781957
- https://openalex.org/W2811441619
- https://openalex.org/W2889844422
- https://openalex.org/W2902337310
- https://openalex.org/W2920926912
- https://openalex.org/W2947045246
- https://openalex.org/W2952356399
- https://openalex.org/W2953096956
- https://openalex.org/W2966470487
- https://openalex.org/W2972637038
- https://openalex.org/W2982081811
- https://openalex.org/W2996985635
- https://openalex.org/W3026646650
- https://openalex.org/W3034001940
- https://openalex.org/W3092345230
- https://openalex.org/W3097473939