image: RUDN University chemists synthesized and studied the catalytic activity of vanadates and vanadites of several rare-earth metals (REM) in the thermal-catalytic treatment of polyolephin plastic waste. According to them, the volume of gases liberated in the course of pyrolysis considerably increases, and their composition changes in the presence of the catalysts. By choosing an appropriate catalyst, one can obtain light olefins (ethylene, propylene, butylene, and so on) in high yields or dramatically change the nature of the end products (syngas). view more
Credit: RUDN University
Les chimistes de RUDN University ont synthétisé et étudié l'activité catalytique des vanadates et des vanadites de certains métaux des terres rares (MERN) dans les processus de traitement thermo-catalytique des déchets plastiques polyoléfiniques. Il s'est avéré que l'utilisation d'un catalyseur augmente considérablement la quantité et modifie la composition des gaz résultants, qui sont libérés lors de la pyrolyse. Parallèlement, le choix du catalyseur permet d'obtenir des oléfines légères (éthylène, propylène, butylène...) avec un rendement élevé, ou de changer radicalement la nature des produits finaux obtenus (gaz de synthèse). Les résultats de la recherche peuvent être utilisés pour créer des technologies modernes de traitement des déchets polymères afin d'obtenir des produits et intermédiaires importants pour la synthèse chimique et pétrochimique. Les résultats de la recherche sont publiés dans la revue Catalysis Today.
Les problèmes de gestion des déchets plastiques sont l'un des problèmes urgents de la science et de la technologie modernes. Dans le même temps, l'incinération et l'élimination des déchets plastiques ne sont pas des méthodes efficaces pour leur traitement. Par exemple, à la suite de la combustion de déchets polymères, de la chaleur utile peut être obtenue, mais en même temps, les composants organiques sont complètement détruits, ce qui pourrait être utilisé plus efficacement dans la mise en uvre des technologies thermo-catalytiques. En effet, la décomposition du plastique en présence de certains catalyseurs sans oxygène à des températures et pressions modérées peut produire une quantité importante de produits gazeux et liquides pouvant servir de matière première pour la synthèse de produits chimiques ou de carburant. Des chimistes de RUDN University ont découvert expérimentalement que l'utilisation de vanadates et de vanadites de métaux des terres rares comme catalyseurs augmente considérablement le rendement en oléfines légères et peut également changer radicalement la composition des produits finaux de traitement.
« La plupart des plastiques ne sont pas biodégradables. Par conséquent, pour le traitement des déchets plastiques, il est nécessaire d'introduire de nouvelles technologies qui réduisent leur impact négatif sur l'environnement. L'une des options pour l'utilisation bénéfique des déchets plastiques peut être réalisée grâce à l'utilisation de technologies thermo-catalytiques. Nous sommes activement engagés dans la synthèse de nouveaux catalyseurs à base de divers composés de métaux des terres rares et les problèmes de leur utilisation pratique afin d'augmenter l'efficacité du traitement des déchets de polymères en produits chimiques utiles. Le résultat que nous avons obtenu témoigne de la possibilité de mettre en uvre cette stratégie », chef de projet, docteur en chimie Alexander Cherednichenko, chef du département de chimie physique et colloïdale de RUDN University.
Dans l'expérience, les chimistes de RUDN University ont étudié quatre types de déchets plastiques les plus connus : le polyéthylène (PE), le polypropylène (PP), le polyéthylène téréphtalate (PET) et le polychlorure de vinyle (PVC). Ces matériaux polymères sont souvent utilisés pour la fabrication de produits industriels et ménagers. Au cours de l'expérience, du plastique pré -déchiqueté a été chargé dans un réacteur en quartz avec le catalyseur et chauffé dans un flux d'azote, augmentant progressivement la température de 25 à 750. Les produits formés au cours de la réaction ont été analysés et comparés à des résultats similaires pour la pyrolyse sans catalyseur.
Il s'est avéré que l'utilisation de vanadates et de vanadites de métaux des terres rares modifie la composition des gaz résiduaires de pyrolyse. Par exemple, sans catalyseur, environ 5 % de propylène est libéré lors de la pyrolyse du polyéthylène, et jusqu'à 15 % lors du procédé thermo-catalytique. La pyrolyse du PET sans catalyseur donne environ 75 % d'acétaldéhyde. En présence de certains catalyseurs, la composition des produits finaux de la synthèse change radicalement et le produit principal de la réaction devient le gaz de synthèse (un mélange d'hydrogène et de monoxyde de carbone). Le gaz de synthèse, à son tour, peut être utilisé pour obtenir une variété de produits chimiques ou de l'hydrogène pour l'ingénierie énergétique. Ainsi, dans une série de catalyseurs synthétisés, il devient possible de réguler la composition des produits de pyrolyse de divers déchets plastiques.
"Les résultats de nos recherches avec l'utilisation de vanadates et de vanadites de métaux des terres rares permettent de contrôler les processus thermo-catalytiques de traitement des déchets plastiques et d'obtenir des produits chimiques importants", Ekaterina Markova, PhD.
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Catalysis Today