Alkene Quantitation in Plastic Waste-Derived Alternative Fuels using GC×GC FID

Význam tématu

Plastové odpady představují rostoucí ekologickou zátěž a jejich chemická přeměna na alternativní paliva je jednou z perspektivních cest k udržitelnému využití surovin. Klíčovým parametrem kvality takto získaných paliv je obsah olefínů, které mohou negativně ovlivnit motorový provoz a tvorbu usazenin. Detailní kvantifikace olefínů ve složitých směsích je proto nezbytná pro kontrolu kvality, optimalizaci procesů a zabezpečení požadovaných vlastností paliva.

Cíle a přehled studie / článku

Práce si klade za cíl vyvinout a validovat metodu pro přesné stanovení různých tříd olefínů (iso-olefíny, lineární olefíny, cykloolefíny s jednou až třemi dvojnými vazbami) v alternativních palivech vzniklých z pyrolyzních olejů z plastových odpadů a pryžových pneumatik. Studie porovnává výsledky s běžně používanými ASTM metodami a demonstruje schopnost nové techniky rozlišit i vysoké koncentrace olefínů.

Použitá metodika a instrumentace

• Instrumentation: LECO QuadJet GC×GC-FID s LN₂ termo­modulátorem
• Kolonová sestava: primární kolonou Rxi-17 Sil MS (30 m × 0,25 mm × 0,25 µm), sekundární kolonou DB-1HT (0,9 m × 0,25 mm × 0,10 µm)
• Přetlakový proud nosného plynu (He) 1,5 mL/min, teploty vstupu a FID 275/280 °C
• Teplotní program: 40 °C (0,2 min) → 200 °C (1 min) při 3 °C/min, modulace 1,5 s (0,45 s puls)
• Split injekce 1:20, příprava vzorku zahrnovala derivatizaci DMDS/I₂ a následné vyčištění Na₂S₂O₃

Hlavní výsledky a diskuse

Metoda umožnila separaci a kvantifikaci n-alkánů, iso-alkánů, olefínů s 1–3 dvojnými vazbami a cykloolefínů v pyrolyzních olejích z pneumatik i plastů. Výsledky ukázaly, že derivatizace výrazně zlepšuje přesnost stanovení obsahu olefínů, který se pohyboval až kolem 25 wt % u dvojných vazeb. Metoda vykázala dobrou korelaci s výsledky z ASTM D4607, D1159 a D1319, přičemž GC×GC-FID poskytla detailnější rozlišení jednotlivých homologických řad a cyklických typů.

Přínosy a praktické využití metody

Detailní profilace olefínů poskytuje cenné informace pro optimalizaci procesů pyrolytického a hydrotermálního zpracování plastových a pryžových odpadů. Metoda je vhodná pro výzkum a vývoj nových alternativních paliv, kontrolu kvality v průmyslových laboratořích a sledování stability motorových paliv.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se rozšíření přístupu o kombinaci s GC×GC-TOFMS pro strukturální identifikaci méně běžných olefínů, nasazení online monitoringu v pilotech a rafinériích a aplikace algoritmů chemometrie pro automatizovanou klasifikaci směsí.

Závěr

Navržená metoda GC×GC-FID s derivatizací olefinů poskytuje robustní a reprodukovatelný postup pro kvantitativní stanovení olefínů ve komplexních alternativních palivech. Validace proti klasickým ASTM metodám potvrdila její spolehlivost a schopnost nabídnout detailnější chemický profil.

Reference

• Lam M. You Can’t Recycle Your Way Out: California’s plastic problem and what we can do about it. KQED, 2022.
• Tire Market: Global Industry Trends, Share, Size, Growth, Opportunity and Forecast 2022-2027, 2022.
• Carlson D. A., Roan C. S., Yost R. A., Hector J. Dimethyl disulfide derivatives of long chain alkenes, alkadienes, and alkatrienes for GC/MS. Anal. Chem. 1989, 61, 1564–1571.
• Curiale J. A., Frolov E. B. Occurrence and origin of olefins in crude oils: A critical review. Org. Geochem. 1998, 29, 397–408.
• Auersvald M., Staš M., Šimáček P. Electrometric bromine number as a suitable method for quantitative determination of phenols and olefins in hydrotreated pyrolysis bio-oils. Talanta 2021, 225, 122001.
• LECO Corporation. ChromaTOF® tile analytical software, 2022.
• Jin K., Vozka P., Gentilcore C., Kilaz G., Wang N. L. Low-pressure hydrothermal processing of mixed polyolefin wastes into clean fuels. Fuel 2021, 294, 120505.