Decomposition of HDPE over HZSM-5 Catalyst Modified with Si, P and Mg for Recycle of Waste Plastics

Catalytic decomposition over HZSM-5 was carried out in semi-batch reactor to recover gasoline from waste plastics(HDPE). To enhance the liquid yield with a molecule range of gasoline, the properties of catalytic decomposition were investigated over a commercial Si/ZSM-5 catalyst and HZSM-5 catalysts modified with P and Mg. Optimum loadings of P and Mg on HZSM-5 were 0.5 wt% and 2.0 wt%, respectively, based on conversion and liquid yield. $NH_3-TPD$ profile indicated that strong and weak acid sites totally decreased in P loading on HZSM-5 catalyst, strong acid sites moderately decreased and weak acid sites sharply reduced in Mg loading on HZSM-5 catalyst. In the case of Si/ZSM-5 catalyst, all acid sites almost disappeared, subsequently, catalytic decomposition significantly decreased, and little liquid product was produced. When HZSM-5 catalyst was modified with P and Mg, the carbon distribution of liquid product was shifted to lower carbon number and its all components was within a molecular range of gasoline($C_5-C_{11}$). Especially, over Mg(2.0 wt%)/ZSM-5 catalyst, 55.8% of liquid yield with 100% of a molecular range of gasoline, was obtained at $400^{\circ}C$, suggesting it as a promising catalyst for recycle of waste plastics.

Si, P, Mg로 개질된 HZSM-5 촉매상에서 폐플라스틱(HDPE) 재활용을 위한 분해반응

반회분식 반응기를 이용하여, 폐 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)으로부터 가솔린을 제조하기 위하여 HZSM-5 촉매상에서 분해반응을 수행하였다. HZSM-5 촉매상에서 가솔린 분자 범위의 액상수율을 증가시키기 위하여 시판용의 Si/ZSM-5 촉매와, 인과 마그네슘을 HZSM-5 촉매에 첨가한 촉매를 사용하여 접촉분해반응 특성을 조사하였다. HZSM-5에 인과 마그네슘을 지지한 경우, 최적 지지량은 각각 0.5 wt%와 2.0 wt%이었다. 암모니아 TPD 실험 결과에서 인을 지지 시켰을 때는 강산점과 약산점이 전체적으로 크게 감소하였으며, 마그네슘을 지지 시켰을 때는 강산점은 완만하게 감소하였고 약산점은 크게 감소하였다. Si/ZSM-5 촉매에서는 산점은 거의 사라졌으며 분해반응도 크게 감소하여 액상생성물이 거의 생성되지 않았다. 액상생성물의 탄소수 분포는 인과 마그네슘이 지지되었을 때 탄소수가 낮은 쪽으로 이동되었고 성분의 100%가 가솔린 범위($C_5-C_{11}$)에 분포되어 있었다. Mg(2.0 wt%)/ZSM-5 촉매는 반응온도 $400^{\circ}C$E에서 액상 수율이 55.8%이었으며, 생성물의 분포가 100% 가솔린 범위에 있어서 유망한 촉매로 나타났다.