Atık tetra pak aseptik ambalajlarından karton, düşük yoğunluklu polietilen, alüminyum bileşenlerinin geri kazanımı

Abstract

Bu tez çalışmasının amacı, dünyada oldukça yaygın olarak kullanılan çok katmanlı ve multi-materyal yapıya sahip gıda ambalajı Tetra Pak Aseptik kutuları oluşturan karton, düşük yoğunluklu polietilen ve alüminyum malzemelerinin birbirinden ayrıştırılması, ayrıştırmanın verimi ve geri kazanım yöntemlerinin araştırılmasıdır. Çalışma konusu kapsamında, hidropülp methodu ile Tetra Pak ambalajından selüloz kısmı ayrıştırılmıştır. Selüloz ayrıştırıldıktan sonra geride kalan PEAl fraksiyonundaki PE ve Al fazlarının birbirinden ayrılması için hidrometalürjik ve pirometalurjik deneyler gerçekleştirilmiştir. Elde edilen fraksiyonların karakterizasyonu için FTIR analizi, yüksek sıcaklık altındaki davranışlarını incelemek için TGA ve DTA yapılmıştır. Yapılan deneylerin sonuçları değerlendirilmiş ve alternatif yöntemler incelenmiştir. Deneysel çalışmalarda kullanmak amacıyla, ev içi tüketim sonrası ortaya çıkan (evsel atık) Tetra Pak aseptik ambalaj atıkları toplanmıştır. Toplanan bu atıklara hidropülp deneyleri, hidrometalürjik ve pirometalürjik metotlar uygulanmıştır. Ek olarak, Kahramanmaraş Kağıt Sanayi tarafından gönderilen endüstriyel hidropülp uygulanarak içerdiği selüloz ayrılmış ve parçalanmış PEAl fraksiyonu bu çalışmanın hidrometalurji ve pirometalurji deneylerinde hammadde olarak kullanılmıştır. Deneysel çalışmaların ilk aşamasında, Tetra Pak ambalaj atıkları temizlenip küçük parçalara ayrılarak belirli süre suda bekletilerek işlenmeye hazır hale getirilmiştir. Belirli sıcaklıkta su, deney süresi ve öğütme hızı altında yapılan blending işlemi ile ambalaj atığının öğütülmüş yığını elde edilmiştir. Daha sonra yaş eleme sistemiyle belirli aralıklarda elekler kullanılarak karton lapası, PEAl ile karton lapası karışımı ve PEAl fazlarının ayrı ayrı elde edilmesi sağlanmıştır. Fazların kurutulması ile hidropülp işlemi tamamlanmış, selüloz (karton), yanı sıra düşük yoğunluklu polietilen-alüminyum (PEAl) fazları ayrı ayrı elde edilmiştir. Deneysel çalışmaların ikinci aşamasında hidrometalurjik deneyler gerçekleştirilmiştir. Bu kapsamda TS 886'ya uygun bitkisel yağ içerisinde PE ve Al katmanlarının birbirinden ayrılması işlemi üzerine çalışılmıştır. Deneyler manyetik karıştırıcılı ısıtıcı kullanılarak yapılmış olup farklı sıcaklıklarda, sürelerde ve karıştırma hızlarında LDPE ve Al katmanlarının birbirinden ayrılma performansı incelenmiştir. Deneyler sonucunda LDPE ve Al bileşenlerinin ayrılma durumuna göre en verimli deney parametreleri saptanmıştır. Artan sıcaklık ve sürenin katmanların birbirinden ayrılmasına olumlu etki ettiği gözlenmiştir. Çözücü olarak yağ kullanıldığı için sıcaklık belli bir değere kadar yükseltilmiştir. Deneysel çalışmaların üçüncü aşamasında piroliz yöntemi uygulanmıştır. Hidrometalurjik yönteme alternatif olarak, yüksek sıcaklıkta polietilenin buharlaştırılması ile Al metal fazı elde edilmesi amaçlanmıştır. 2 ayrı piroliz çalışması yapılmıştır, ilkinde açık atmosfer altında sıcaklık (400, 500, 600°C) ve sürenin (2, 3, 4 h) çeşitli kombinasyonları ile ilerletilmiştir. İkinci piroliz çalışmasında PEAl nikel tepsiye yerleştirilerek kül fırınına çeşitli sıcak ve süre kombinasyonları altında içerdiği LDPE'nin buharlaşması sağlanmıştır. Her iki metodolojinin (hidrometalurjik ve pirometalurjik) son ürünü olan ayrılmış fraksiyonlar (LDPE ve Al) XRF, XRD ve FT-IR yöntemleri ile karakterize edilmiş, termogravimetrik davranışları TGA, DTA ile incelenmiş ve geri kazanım verimlerine etki eden unsurlar incelenmiştir. Tetra Pak aseptik ambalaj atıklarının içerdiği selülozik kısım hidropülp işlemi ile verimli bir şekilde PEAl katmanlarından ayrılmıştır. Hidropülp işleminin ardından elde edilen PEAl fraksiyonunu oluşturan LDPE ve Al malzemelerini birbirinden ayırmak için hidrometalurjik çalışmalar yapılmıştır. Bu metotta PEAl parçaları 140ºC, 100 rpm karıştırma hızında ayçiçek yağında deneye alınmıştır. İşlem sonucunda Al fazında yüksek miktarda LDPE içeriğine rastlanmıştır. Hidrometalurjik yola alternatif olarak yapılan piroliz deneylerinde 400, 500 ve 600°C sıcaklıkların her birinde numuneler 2,3 ve 4 saat açık atmosferde yüksek sıcaklıkta bekletilmiştir. Bu işlem sonucunda LDPE'nin Al'den uzaklaştırılması başarıyla sonuçlanmış ve bunun için optimum koşullar 500°C'de 3 saat olarak belirlenmiştir.