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
Unos químicos de RUDN University han sintetizado e investigado la actividad catalítica de vanadatos y vanaditas de algunas tierras raras en el tratamiento termo-catalítico de residuos plásticos de poliolefinas. Se ha concluido que el uso de un catalizador aumenta significativamente la cantidad y cambia la composición de los gases que se liberan durante la pirólisis. La elección del catalizador permite obtener un alto rendimiento de olefinas ligeras (etileno, propileno, butileno, etc.) o cambiar radicalmente la naturaleza de los productos (gas de síntesis). Los resultados de la investigación pueden ser utilizados para crear tecnologías modernas para tratar desechos de polímeros con el fin de obtener importantes productos e intermedios para la síntesis en la industria química y petroquímica. Los resultados de la investigación fueron publicados en la revista Catalysis Today.
El manejo de residuos plásticos es uno de los problemas más importantes de la ciencia y tecnología modernas. La incineración y disposición final de estos residuos no son métodos efectivos para su tratamiento. Por ejemplo, como resultado de la incineración de residuos de materiales polímeros se puede obtener calor, pero al mismo tiempo se destruyen por completo los componentes orgánicos, que podrían usarse de manera más eficiente cuando se implementan las tecnologías termo-catalíticas. Y efectivamente la descomposición del plástico en presencia de ciertos catalizadores, sin oxígeno, y a temperatura y presión moderadas puede producir una cantidad significativa de productos gaseosos y líquidos. Estos pueden usarse como materia prima para sintetizar productos químicos o combustible para motores. Por tanto, unos químicos de RUDN University han descubierto experimentalmente que el uso de vanadatos y vanaditas de tierras raras como catalizadores aumenta significativamente el rendimiento de olefinas ligeras y también puede cambiar radicalmente la composición de los productos finales del proceso.
"La mayoría de los plásticos no son biodegradables. Por tanto, para el tratamiento de residuos plásticos es necesario implementar nuevas tecnologías que reduzcan su impacto negativo en el medio ambiente. Una opción de manejo de los residuos plásticos es el uso de tecnologías termo-catalíticas. Estamos trabajando activamente en la síntesis de nuevos catalizadores a partir de diferentes compuestos de tierras raras y en su aplicación práctica para aumentar la eficiencia del tratamiento y conversión de residuos de materiales polímeros en productos químicos. El resultado que hemos obtenido confirma la posibilidad de implementar esta estrategia", comentó Alexander Cherednichenko, director del proyecto, Doctor en Química, jefe del Departamento de Química Física y Coloidal de RUDN University.
En el experimento, los químicos de RUDN University investigaron los cuatro tipos de residuos plásticos más conocidos: polietileno (PE), polipropileno (PP), tereftalato de polietileno (PET) y cloruro de polivinilo (PVC). Estos materiales poliméricos frecuentemente se utilizan para la fabricación de productos industriales y domésticos. Durante el experimento, introdujeron plástico previamente triturado junto con el catalizador en un reactor de cuarzo y los calentaron en un flujo de nitrógeno, aumentando gradualmente la temperatura de 25 °C a 750 °C. Los productos formados durante la reacción fueron analizados y comparados con los resultados similares de la pirólisis sin catalizador.
Se concluyó que el uso de vanadatos y vanaditas de tierras raras cambia la composición de los productos gaseosos de la pirólisis. Por ejemplo, sin un catalizador, durante la pirólisis del polietileno se libera aproximadamente un 5% de propileno y hasta un 15% durante el proceso termocatalítico. La pirólisis de PET sin catalizador produce aproximadamente un 75% de acetaldehído. En presencia de ciertos catalizadores, la composición de los productos de la síntesis cambia drásticamente y el gas de síntesis (una mezcla de hidrógeno y monóxido de carbono) se convierte en el principal producto de la reacción. El gas de síntesis, a su vez, se puede utilizar para obtener una variedad de productos químicos o hidrógeno para la industria energética. De esta manera, entre los catalizadores sintetizados es posible regular la composición de los productos de la pirólisis de diferentes residuos plásticos.
"Los resultados de nuestra investigación con los vanadatos y vanaditas de tierras raras nos ofrecen la oportunidad de controlar los procesos termo-catalíticos de tratamiento de residuos plásticos y obtener importantes productos químicos", explicó Ekaterina Markova, Doctora en Química, profesora del Departamento de Química Física y Coloidal de RUDN University.
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Catalysis Today