Zeólita ZSM-5 hierarquizada aplicada na termodegradação de biomassa e PEAD por análise termogravimétrica

Resumo

Os plásticos são amplamente utilizados no cotidiano pela sua versatilidade. Entretanto, o aumento na produção de materiais descartáveis de decomposição lenta gera problemas ambientais alarmantes. Nesse contexto, o tratamento termocatalítico de polímeros utilizando biomassa lignocelulósica sob a presença dezeólitas se destaca. As zeólitas são vantajosas por suas propriedades, incluindo alta capacidade de troca iônica, capacidade de adsorção, elevada área específica, seletividade de forma e estabilidade térmica. Além disso, o processo de hierarquização de zeólitas contribui para a formação de uma porosidade secundária que consiste em poros com diferentes diâmetros, aumentando sua acessibilidade. A adição da biomassa também pode influenciar na eficiência energética do processo e nos produtos finais. Diante disso, este trabalho estudou a degradação termocatalítica de uma mistura de PEAD com biomassa lignocelulósica utilizando zeólita ZSM-5 hierarquizada como catalisador. As zeólitas hierarquizadas possuem uma porosidade secundária adicional além dos microporos que proporciona maior acessibilidade. A zeólita ZSM-5 foi sintetizada utilizando template orgânico e uma razão molar Si/Al de 25. O material foi calcinado a 550°C por 6 h. Para obter a forma protônica, realizou-se troca iônica com solução de NH₄Cl 1,0 mol. L⁻¹ a 80 °Cpor 2 h, três vezes, seguido de calcinação a 400 °C por 3 h. O polietileno de alta densidade (PEAD) foi misturado com a biomassa (serragem de madeira) por quarteamento 10 vezes. Em seguida, adicionou-se a ZSM-5 e homogeneizou-se novamente essa mistura por quarteamento, de forma semelhante. Por fim, a degradação termocatalítica ocorreu em um uma termobalança. Os resultados confirmaram a síntese bem-sucedida das zeólitas ZSM-5 padrão e hierarquizada. O DRX revelou índices de Miller [(011), (200), (051), (033)] com picos estreitos e intensos a alto ângulo, indicando uma estrutura cristalina do tipo MFI. As curvas termogravimétricas indicaram a presença de dois eventos de perda de massa, onde a primeira etapa representa a decomposição da parte da biomassa, enquanto a segunda etapa representa a decomposição do polímeroPEAD. A zeólita ZSM-5, especialmente na forma hierarquizada, demonstrou eficiência notável na termodegradação. Essa eficiência foi observada na redução da temperatura necessária para a degradação do polímero. Isso se deve à porosidade secundária criada na estrutura hierarquizada, que facilita o acesso das moléculas do polímero aos sítios ativos do catalisador, reduzindo as limitações difusionais. A atuação da biomassa na termodegradaçãodeve ser melhor avaliada pela identificação dos produtos finais e sua seletividade, a fim de inferir uma possível sinergia com o catalisador. Diante disso, esse trabalho ressalta o potencial das zeólitas com estrutura hierarquizada empregadas como catalisadores em processos de reciclagem química de polímeros, e a positivapossibilidade da termodegradação combinada de polímeros e biomassa, contribuindo para a inovação na gestão de resíduos plásticos.