COMPREHENSIVE CHARACTERIZATION AND SYNERGISTIC EFFECT IN CO-PYROLYSIS OF SOFT POLYMERIC AND LIGNOCELLULOSIC MEDICAL WASTES. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF (Thesis Final Version) Hayat Haddad - g202214800 - MS Thesis report.pdf - Draft Version Restricted to Repository staff only until 20 May 2026. Download (4MB)

Arabic Abstract

تُقدم هذه الدراسة نهجًا متكاملًا يجمع بين التحليل التجريبي والنمذجة الحاسوبية بهدف تعزيز إنتاج الوقود الحيوي من خلال المعالجة الحرارية المشتركة (التحلل الحراري) للقفازات النيتريل (NRG) وورق المناديل (TP). وبهدف التصدي للتحديات البيئية المتعلقة بإدارة النفايات البوليمرية واللجنوسليلوزية، تم إجراء التحلل الحراري عند درجة حرارة 500 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة في جو خامل من النيتروجين باستخدام نسب خلط مختلفة من NRG إلى TP. كشفت التحليلات الشاملة، والتي شملت التحليل النهائي والتقريبي وGC-MS وFTIR وXRD وSEM وTGA، عن فروقات تركيبية واضحة؛ إذ أظهرت مادة NRG محتوى عاليًا من الكربون (74.09%) والهيدروجين (8.5%)، في حين احتوى TP على نسبة مرتفعة من الأكسجين (52.09%). أوضحت تحاليل TGA نطاقات تحلل حراري مميزة (300–600°C لـ NRG، و240–500°C لـ TP)، وأكدت تحاليل FTIR وجود مجموعات النيتريل في NRG والسكريات المتعددة في TP. وقد تم تحقيق أعلى مردود من الزيت الحيوي بنسبة 36.8% وزنيًا عند نسبة خلط 7:3 من NRG إلى TP، بقيمة حرارية عالية بلغت 25.28 ميجا جول/كجم. حدد تحليل GC-MS مركبات هيدروكربونية عطرية ذات قيمة مثل الستايرين، والإيثيل بنزين، والبنزونيتريل، مما يعزز من القيمة الصناعية والطاقوية للزيت الحيوي. أظهر الفحم الحيوي الناتج محتوى عاليًا من الكربون والنيتروجين، مع مسامية متزايدة وتباين في البنية البلورية، مما يشير إلى إمكانية استخدامه في التطبيقات التحفيزية والامتزاز وتحسين التربة. تم تطوير نموذج محاكاة باستخدام برنامج Aspen Plus وتمت معايرته بدقة ليتطابق مع النتائج التجريبية، حيث أثبت فعاليته في التنبؤ بالمردودات وتكوين المنتجات. كما كشفت تحليلات الحساسية عن تأثير كل من درجة الحرارة والضغط ونسب الخلط، مع تحديد النسبة المثلى (1:1) للحصول على أفضل جودة ومردود للوقود الحيوي. بيّنت الدراسة أن التحلل الحراري المشترك يُحسّن من كفاءة الغاز البارد والكفاءة العامة للعملية مقارنة بالتحلل الفردي لكل مادة. وتبرهن هذه الدراسة على فعالية الجمع بين التجريب والنمذجة الحاسوبية، مما يعزز الجدوى البيئية لتحويل النفايات إلى طاقة ويؤكد الفوائد التآزرية للتحلل الحراري المشترك للنفايات البلاستيكية واللجنوسليلوزية.

English Abstract

This study presents an integrated experimental and simulation approach to enhance biofuel production through the co-pyrolysis of nitrile gloves (NRG) and tissue paper (TP). Addressing the environmental challenge of managing polymeric and lignocellulosic waste, co-pyrolysis was conducted at 500°C for 30 minutes under an inert nitrogen atmosphere across varying NG-to-TP blending ratios. Comprehensive characterization including ultimate, proximate, GC-MS, FTIR, XRD, SEM, and TGA analyses—revealed distinct elemental differences: NRG exhibited high carbon (74.09%) and hydrogen (8.5%), while TP showed elevated oxygen content (52.09%). TGA analysis identified distinct decomposition ranges (300–600°C for NG; 240–500°C for TP), and FTIR confirmed nitrile and polysaccharide functional groups. An optimal bio-oil yield of 36.8 wt.% was achieved at a 7:3 NRG-to-TP ratio, with a superior calorific value of 25.28 MJ/kg. GC-MS analysis identified valuable aromatic hydrocarbons such as styrene, ethylbenzene, and benzonitrile, enhancing bio-oil’s industrial and fuel potential. Biochar exhibited high carbon and nitrogen content, increased porosity, and varied crystallinity, suggesting potential applications in catalysis, adsorption, and soil amendment. A validated Aspen Plus simulation model closely matched experimental results, reliably predicting product yields and chemical compositions. Sensitivity analysis revealed the influence of temperature, pressure, and feedstock ratio, with a 1:1 NG-to-TP blend optimizing biofuel yield and quality. Technical evaluation demonstrated improved cold gas and overall process efficiencies in co-pyrolysis compared to single-feedstock systems. This research bridges experimental and computational methods, demonstrating the synergistic effects of polymeric-lignocellulosic co-pyrolysis and supporting its viability as a sustainable waste-to-energy strategy.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Chemical Engineering
Department:	College of Chemicals and Materials > Chemical Engineering
Committee Advisor:	Abdur Razzak, Shaikh
Committee Co-Advisor:	Hossain, Mozahar
Committee Members:	Al-Harthi, Mamdouh and Al-Shammari, Abdallah and Ahmed, Shakeel
Depositing User:	HAYAT HADDAD (g202214800)
Date Deposited:	21 May 2025 04:43
Last Modified:	21 May 2025 04:43
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143405