Reciclado terciario de residuos plásticos: craqueo catalítico y glicólisis

Abstract

En este trabajo de Tesis se utilizaron tecnologías de reciclado terciario para brindarle un valor agregado a los residuos plásticos de Polietileno (PE), Poliestireno (PS) y Polietilentereftalato (PET). Se estudió la pirólisis térmica y catalítica de Polietileno de alta y baja densidad y Poliestireno, y la elección dichos plásticos es debido a que encuentran en mayor proporción en los residuos sólidos urbanos (RSU). Se analizaron plásticos comerciales y provenientes de desechos domiciliarios (bolsas de PE, envases de productos de perfumería de PS y bandeja de alimentos de PS). Todos los plásticos fueron caracterizados por las técnicas de Análisis Termogravimétrico (TGA) acoplado a FTIR, Calorimetría Diferencial de Barrido (DSC), Microscopía Electrónica de Barrido (SEM) y Espectrofotometría de Dispersión de Electrones (EDS). Los sólidos evaluados como catalizadores fueron γ-Al2O3, zeolita ZSM-5 y Pt-γAl203 y se diseñó un ensayo en dos etapas, utilizándose un reactor de pirolisis térmica y otro para el proceso catalítica. Se observó mediante el Análisis TGA acoplado a FTIR que los requerimientos energéticos de la pirólisis térmica pueden ser disminuidos al emplearse catalizadores sólidos en el sistema, y que los mecanismos de pirólisis térmica y catalítica poseen una fuerte dependencia con el tipo de polímero empleado. Es por ello que para poder comprender y plantear posibles mecanismos de reacción es sumamente importante estudiar las propiedades físicas y química de los plásticos; si bien hasta el día de la fecha no se sabe con certeza como son dichos mecanismos, a lo largo de esta Tesis se proponen varias hipótesis en función del origen del plástico y la actividad catalítica. Por otro lado, los resultados de los ensayos en el reactor de dos etapas mostraron que al utilizar el polímero HDPE (Polietileno de Alta Densidad) se formaron ceras de distinto grado de cristalinidad. Para el caso del Poliestireno Expandido al ser craqueado con catalizadores se favoreció la formación de hidrocarburos del rango Nafta y Kerosene. Este resultado permite proponerlo como materia prima para la producción de Jet Fuel, ya que los combustibles más comúnmente utilizados tienen una distribución de números de carbonos entre C4-C12 (Jet A) y C8-C17 (Jet B). Para el estudio del reciclado terciario de PET, se llevó a cabo la despolimerización química empleando el método de glicólisis. Se utilizaron muestras comerciales y provenientes de botellas de agua, y se las caracterizaron por las técnicas de TGA, DSC, SEM y EDS. La reacción de glicolisis se realizó con una relación PET:Catalizador y PET:Etilenglicol de 100:1 y 1:8, respectivamente. Se estudió la actividad catalítica de óxidos metálicos obtenidos del reciclado de residuos electrónicos y la performance de los catalizadores fue evaluada en función de la producción de monómero bis-(2- hidroxietil)tereftalato (BHET). Los resultados han mostrado que el metal Zinc es más activo que el metal Cobalto para activar a los grupos carbonilos del PET y despolimerizarlo a BHET, y que al realizar el dopado por molienda mecánica de óxidos de Zinc recuperados (y obtenido a partir de una sal de oxalato) con óxidos de Cobalto se logra mejorar la actividad catalítica obteniendo un rendimiento de BHET del 80 %.