Павловський Д. О. Дослідження деградації відходів одноразових полімерних виробів і розробка каталізаторів їх низькотемпературної деполімеризації

Дисертаційна робота присвячена вирішенню актуальної науково-прикладної проблеми підвищення екологічної безпеки одноразових полімерних виробів шляхом комплексної оцінки їх екологічного профілю, дослідження процесів деградації з утворенням мікро- та нанопластикових частинок, а також розроблення ефективних каталізаторів для низькотемпературної деполімеризації полімерних відходів. У роботі проведено комплексний аналіз сучасного стану виробництва, використання та перероблення одноразових полімерних виробів, систематизовано інформацію щодо основних полімерів і функціональних хімічних добавок, визначено їх вплив на властивості виробів та екологічну безпеку. Проаналізовано механізми деградації полімерних матеріалів під дією фізичних і хімічних факторів, що призводять до утворення мікро- та нанопластикових частинок, а також розглянуто сучасні методи механічного, хімічного та каталітичного перероблення полімерних відходів. Розроблено методологію експериментальних досліджень, яка включає моделювання деградації полімерних виробів у лабораторних умовах, визначення фізико-хімічних характеристик каталізаторів та аналіз продуктів їх каталітичного розкладу. Для досліджень використано сучасні методи інфрачервоної спектроскопії, сканувальної електронної мікроскопії, динамічного розсіювання світла та газової хроматографії з мас-спектрометрією. Екологічні характеристики виробництва одноразових полімерних виробів оцінено із застосуванням багатокритеріального аналітичного інструменту AGREEMIP. Виконано порівняльну оцінку екологічного профілю різних категорій одноразових полімерних виробів. Встановлено, що рівень їх екологічної безпеки визначається хімічним складом, типом полімеру, вмістом функціональних добавок та технологією виготовлення. Визначено пріоритетність подальших досліджень, спрямованих на зменшення утворення мікро- та нанопластику та впровадження більш ефективних технологій перероблення полімерних відходів. Експериментально досліджено процеси деградації одноразових латексних і нітрилових рукавичок після тривалої експозиції у водному середовищі. Встановлено суттєві морфологічні та хімічні зміни полімерної структури, що супроводжуються утворенням мікротріщин, підвищенням шорсткості поверхні та зміною функціональних груп. Показано, що латексні рукавички деградують інтенсивніше та формують більш широкий спектр мікро- і наночастинок порівняно з нітриловими виробами. Досліджено процес вивільнення мікро- та нанопластикових частинок із поліпропіленових дитячих пляшечок і полікарбонатних пляшок для напоїв у змодельованих умовах експлуатації. Встановлено, що поліпропілен характеризується більшою схильністю до механічної деградації та утворення полідисперсних частинок, тоді як полікарбонат демонструє вищу структурну стабільність і формує більш однорідні частинки. Синтезовано та досліджено нові каталізатори на основі природних і синтетичних алюмосилікатів, модифікованих перехідними металами, для низькотемпературної деполімеризації полістиролу. Вперше експериментально підтверджено можливість проведення каталітичного крекінгу за температур 165–205 °С, що істотно нижче температур традиційного термічного крекінгу. Встановлено високу ефективність кислотно-активованого природного цеоліту України, який забезпечує високий вихід цільових продуктів та селективність до метилстиролу. Визначено вплив природи каталізатора та умов проведення процесу на склад продуктів деполімеризації й запропоновано механізм перебігу каталітичних перетворень. Отримані результати поглиблюють наукові уявлення про процеси деградації одноразових полімерних виробів, закономірності утворення мікро- та нанопластикових частинок і відкривають перспективи створення енергоефективних технологій каталітичного перероблення полімерних відходів. Практичне значення роботи полягає у можливості використання отриманих результатів для вдосконалення екологічної оцінки полімерних виробів, мінімізації їх негативного впливу на довкілля та розроблення сучасних технологій циркулярної економіки.