Reciclado terciario de poliestireno sobre zeolitas ZSM-11: comparación con la degradación térmica

MARÍA S. RENZINI; LILIANA B. PIERELLA

Mar del Plata, Buenos Aires

Congreso; V Congreso Iberoamericano de Física y Química Ambiental; 2008

Se aplica en este trabajo el reciclado terciario, proceso por el que a partir de materiales plásticos de postconsumo se llega a la obtención de los monómeros de partida y otros productos, que serán transformados posteriormente en plásticos o bien en otros derivados. La degradación de poliestireno (PS) fue estudiado en un reactor a lecho fijo sobre zeolitas microporosas  con estructura MEL, H-ZSM-11 y Zn-ZSM-11. El sistema trabajó a presión atmosférica, en un rango  de temperaturas entre 350-500°C, con una relación PS/catalizador:2, 20 min de tiempo de reacción. La cristalinidad, la naturaleza de la estructura y la estabilidad de los catalizadores preparados  se evaluó por XRD (> 98.5% cristalinidad)), FTIR (> 97% cristalinidad), área superficial por BET (> 378 m2/g); la composición química por AA (2.83 % de Zn), y la naturaleza de los sitios ácidos por FTIR de adsorción de piridina. De acuerdo a los datos experimentales de FTIR de piridina adsorbida a (temperatura ambiente y 3 Torr) y desorbida a diferentes temperaturas, se pudieron visualizar los sitios ácidos de Bronsted (1550 cm-1) y Lewis (1450 cm-1) presentes en ambas zeolitas. El PS (atáctico) puro y las mezclas físicas polímero/catalizador se caracterizaron por TG-DSC, pudiéndose observar las temperaturas de degradación térmica (417 °C), temperaturas de degradación termo-catalítica (< 400°C) y la temperatura de transición vítrea (110°C). El polímero también se caracterizo por XRD. Los productos de reacción se analizaron por GC-masa. El PS fue transformado mayoritariamente a hidrocarburos líquidos (>94.96 %p/p) tanto por craqueo térmico como catalítico. La cantidad de hidrocarburos gaseosos detectados en la degradación térmica y catalítica fueron muy escasos (< 4.78 %p/p a partir 400°C). Del análisis por cromatografía en fase gaseosa de los HCG se observaron mayoritariamente hidrocarburos saturados y olefinas i-C4/C4. Por otra parte, se pudieron observar pequeños valores de residuos sólidos (<1.27 %p/p a partir 400°C) que podrían sugerir niveles casi completos de conversión de PS. Los productos líquidos conseguidos mayoritariamente de la degradación catalítica de PS fueron benceno y estireno, y en menor proporción indanos y α-metil estireno, siendo estos compuestos muy importantes en la tecnología de polímeros y en el campo de la petroquímica. Los resultados de craqueo térmico, cuyo mecanismo es de naturaleza radicalario, muestran una alta producción de estireno, permitiendo asumir que la primera etapa en la conversión catalítica es la formación por craqueo térmico de estireno monómero. Siendo esta etapa muy importante para el subsiguiente reordenamiento molecular en función del material catalítico utilizado. El craqueo de PS sobre catalizadores ácidos se produce por medio de intermediarios carbenios, el mecanismo de reacción involucra el ataque de un protón asociado con sitios ácidos de Bronsted al anillo aromático de PS, debido a la reactividad de este grupo fenil hacia reactivos electrofílicos. El ion carbenio resultante puede sufrir una β-ruptura seguida por una transferencia de hidrógeno. Este es el posible mecanismo de producción de benceno, estireno, α-metilestireno, tolueno, etilbenceno, moléculas derivadas de indanos, etc.