Produção de combustíveis e nanotubos de carbono a partir de resíduos plásticos usando um

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 9057 (2023) Citar este artigo

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Este estudo realizou pirólise por micro-ondas in-situ de resíduos plásticos em hidrogênio, combustível líquido e nanotubos de carbono na presença do catalisador Zeolite Socony Mobil ZSM-5. Na pirólise de micro-ondas de plásticos apresentada, o carvão ativado foi usado como susceptor de calor. A potência de microondas de 1 kW foi empregada para decompor resíduos de polietileno de alta densidade (HDPE) e polipropileno (PP) em temperaturas moderadas de 400–450 °C. O efeito da composição do plástico, carregamento do catalisador e tipo de plástico em produtos de carbono líquido, gasoso e sólido foi quantificado. Esta reação CMP in-situ resultou em hidrocarbonetos pesados, gás hidrogênio e nanotubos de carbono como um resíduo sólido. Um rendimento de hidrogênio relativamente melhor de 129,6 mmol/g como combustível verde foi possível neste processo. A análise por FTIR e cromatografia gasosa revelou que o produto líquido consistia em hidrocarbonetos da fração C13+, como alcanos, alcanos e aromáticos. Micrografias TEM mostraram morfologia estrutural semelhante a tubular do resíduo sólido, que foi identificado como nanotubos de carbono (CNTs) durante a análise de difração de raios-X. O diâmetro externo dos NTCs variou de 30 a 93 nm de HDPE, 25-93 nm de PP e 30-54 nm para mistura HDPE-PP. O processo CMP apresentado levou apenas 2 a 4 minutos para pirolisar completamente a matéria-prima plástica em produtos valiosos, sem deixar resíduos poliméricos.

Os produtos de plástico são onipresentes em nossas vidas diárias. Devido ao seu baixo custo, resistência à corrosão, flexibilidade, durabilidade e leveza, são utilizados em diversos setores econômicos, incluindo residencial, agrícola, automotivo, comercial, médico, materiais de embalagem, brinquedos, demolição e equipamentos elétricos. Polietileno de alta densidade (HDPE), polietileno tereftalato (PET), polietileno de baixa densidade (LDPE), cloreto de polivinila (PVC) e polipropileno (PP) estavam entre os polímeros plásticos sintéticos com as maiores taxas de produção nos últimos anos1,2 ,3. As aplicações de plásticos estão aumentando com o aumento da população mundial. A produção de plástico em larga escala está levantando várias preocupações globais, incluindo produção insustentável, poluição ambiental e processos ou mecanismos de reciclagem inadequados2. A gestão de resíduos plásticos é essencial para controlar a poluição ambiental a um nível aceitável. Os polímeros plásticos levam décadas para se decompor e, portanto, têm um impacto adverso no meio ambiente. Segundo relatos, os resíduos plásticos são o terceiro maior produtor mundial de aterros sanitários. Devido a um aumento significativo nas indústrias de embalagens plásticas, a produção de plástico aumentou de 1,5 milhão de toneladas métricas em 1950 para 359 milhões de toneladas métricas em 2018 e cerca de 367 milhões de toneladas métricas em 2020. Aproximadamente 250 milhões de toneladas métricas de resíduos plásticos são despejados em aterros sanitários e descarregados diretamente na atmosfera a cada ano. Aproximadamente 10 milhões de toneladas são lançadas abertamente nos oceanos e um crescimento anual previsto de 9 a 13% de resíduos plásticos pode ser criado até 20503. Os resíduos plásticos podem descarregar elementos cancerígenos e outros compostos nocivos em aterros sanitários, contaminando os lençóis freáticos. Essas substâncias tóxicas também reduzem a fertilidade do solo. A ecologia marinha também está em risco devido aos detritos de plástico flutuantes no oceano. A queima de resíduos plásticos produz emissões perigosas que são altamente prejudiciais ao meio ambiente quando utilizadas como fonte direta de energia4,5.

A reciclagem de plástico é desafiadora, pois a remoção de muitas restrições de poluição da água e outros fatores seria muito cara. Embora a reciclagem de plástico seja capaz de minimizar a quantidade de resíduos plásticos, são necessários métodos mais consistentes e sustentáveis ​​para converter os resíduos plásticos em óleo líquido, combustível de gás hidrogênio e CNTs5. O tratamento de resíduos de plástico tornou-se um grande problema, e a pirólise é um processo químico terciário que transforma rapidamente resíduos de plástico em combustível de carbono e hidrogênio, quebrando termicamente as moléculas de polímero de cadeia longa em moléculas menores em um ambiente livre de oxigênio. Os fatores dos produtos de pirólise, como temperatura, tipo de catalisador, tempo de residência, pressão, tipo de reator, tamanho de partícula e gás de fluidização, todos afetam a quantidade e a qualidade do produto. É possível obter itens valiosos desejados ajustando uma série de parâmetros. Por exemplo, o líquido máximo foi produzido durante a pirólise de LDPE a 550 °C e PET a 520 °C. Para gerar os produtos desejados, a mistura catalisador-plástico, a conversão de calor e a eficiência da reação devem ser cuidadosamente consideradas no projeto do reator. A biomassa e os resíduos plásticos são decompostos usando reatores em batelada, contínuos ou semibatelada, leitos de jorro cônicos, leitos de fluidização e outras geometrias semelhantes6.