Uso dos catalisadores H-Y e H-ZSM-5 na conversão termocatalítica do polietileno tereftalato (PET)

Resumo

Desde sua criação aos dias atuais, os plásticos revolucionaram a indústria de materiais, tornando-se fundamentais na vida contemporânea. No entanto, o aumento acelerado do consumo leva ao acúmulo de resíduos plásticos, seja pelo descarte inadequado, seja pelo desequilíbrio entre uso e reutilização desse material. Independentemente do motivo, essa dinâmica provoca impactos significativos ao meio ambiente e, por consequência, à sociedade [1]. O Brasil é o quarto maior gerador de resíduos plásticos no mundo, produzindo 11,3 milhões de toneladas de lixo plástico anualmente [2]. Uma solução para diminuir esse acúmulo é a reciclagem química, que transforma os resíduos em produtos de maior valor para a indústria e o mercado. Este estudo busca analisar a conversão, por pirólise, de resíduos do polietileno tereftalato (PET), utilizando rota termocatalítica. Na fase experimental, garrafas PET foram coletadas, higienizadas, trituradas e peneiradas em 14 mesh. Esses resíduos foram caracterizados por TG/DTG, DRX e HATR. No tratamento catalítico do resíduo de PET foram avaliado os catalisadores zeolíticos H-Y e H-ZSM-5 comerciais. Os catalisadores foram convertidos à forma ácida por troca iônica com NH₄NO₃, calcinados e analisados por TG/DTG, DRX, FTIR e análise textural por fisissorção de nitrogênio [3]. Os testes de pirólise catalítica foram conduzidos na proporção em massa de 10% (2g de catalisador para 20g de resíduo), em um reator de leito fixo (aço tubular) na horizontal, temperaturas que variaram de 400°C à 700°C, com taxa de aquecimento β = 30ºC.min^-1, fluxo de nitrogênio de 100 mL.min^-1 por 60 min. Dentre os resultados obtidos, avaliou-se o efeito dos seguintes parâmetros reacionais: Influência da massa do catalisador, tamanho das partículas do resíduo plástico, da topologia zeolítica [3] e da temperatura. Assim como, a formação das frações obtidas sólida, líquida e gasosa em comparação a fração do material de partida, por balanço de massas. A conversão dos resíduos nas temperaturas estudadas foi favorecida com o aumento da razão Si/Al e menor tamanho de partícula de PET. Os tratamentos termocatalíticos apresentaram potencial na conversão dos resíduos com destaque para o ZSM-5, em que foi observada uma maior formação nas frações gasosas de produtos quando comparada a massa do polietileno depositada no reator. Entre 400 e 500°C, a fração líquida foi a principal constituinte dos produtos obtidos nos ensaios com o catalisador ZSM-5, alcançando 40% a 500°C. No entanto, a partir de temperaturas mais elevadas, como 600 e 700°C, observa-se uma inversão no comportamento, com a fração gasosa tornando-se predominante, evidenciando ~47% a 700°C. Esse comportamento pode ser atribuído à maior intensidade da degradação térmica a altas temperaturas, favorecendo a quebra das cadeias poliméricas em moléculas menores, que são liberadas na forma de gases. A análise química dos produtos por RMN de ¹H e ¹³C, e por HATR indicam a presença de monômeros da resina plástica e compostos aromáticos substituídos. Desta maneira, os resíduos de PET podem ser transformados em produtos de maior valor agregado podendo ser reinserido no setor industrial/mercado.