Una innovación de reciclaje de plásticos que hace más con menos, presentada hoy en la reunión de otoño de la American Chemical Society en Chicago, aumenta simultáneamente la conversión a productos útiles mientras usa menos rutenio, un metal precioso.

"El descubrimiento clave que informamos es la carga de metal muy baja", dijo el químico del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico, Janos Szanyi, quien dirigió el equipo de investigación. "Esto hace que el catalizador sea mucho más barato".

El nuevo método convierte de manera más eficiente los plásticos en productos químicos valiosos, un proceso denominado "reciclado". Además, produce mucho menos metano, un gas de efecto invernadero no deseado, como subproducto, en comparación con otros métodos informados.

"Fue muy interesante para nosotros que no se hubiera publicado nada anteriormente que mostrara este resultado", dijo el científico investigador postdoctoral Linxiao Chen, quien presentó la investigación en ACS. "Esta investigación muestra la oportunidad de desarrollar catalizadores efectivos, selectivos y versátiles para el reciclaje de plástico".

Menos metal es más en el reciclaje de plástico

Los desechos plásticos a base de petróleo presentan una fuente sin explotar de productos químicos a base de carbono que pueden servir como materia prima para materiales y combustibles útiles y duraderos. Actualmente se recicla muy poco plástico, principalmente por razones económicas y prácticas. Pero los científicos del PNNL están tratando de cambiar la dinámica aplicando su experiencia en la ruptura eficiente de enlaces químicos.

Es bien sabido que agregar hidrógeno, una reacción conocida como hidrogenólisis, a plásticos difíciles de reciclar como el polipropileno y el polietileno presenta una estrategia prometedora para convertir los desechos plásticos en pequeños hidrocarburos de valor agregado. Este proceso requiere catalizadores eficientes y selectivos para que sea económicamente viable.

Ahí es donde sobresalió esta reciente investigación dirigida por el PNNL.

El equipo de investigación descubrió que la reducción de la cantidad del metal precioso rutenio en realidad mejoraba la eficiencia y la selectividad del reciclado del polímero. En un estudio publicado recientemente en ACS Catalysis , demostraron que la mejora en la eficiencia ocurrió cuando la baja proporción de metal a estructura de soporte hizo que la estructura cambiara de una matriz ordenada de partículas a balsas desordenadas de átomos.

Átomos atrapados

Un historial de experiencia de PNNL en catalizadores de un solo átomo ayudó al equipo a comprender por qué menos es más. El equipo de investigación observó la transición al desorden a nivel molecular y luego utilizó la teoría establecida para demostrar que los átomos individuales son en realidad catalizadores más efectivos en este trabajo experimental.

El trabajo se basa en la investigación sobre atrapamiento de átomos y catalizadores de un solo átomo realizada por Yong Wang, profesor de ingeniería química en la Universidad Estatal de Washington, Pullman, y miembro del laboratorio PNNL.

"Ha habido un gran esfuerzo desde una perspectiva material para tratar de comprender cómo los átomos individuales o los grupos muy pequeños pueden convertirse en catalizadores efectivos", dijo Gutiérrez.

En ACS, Chen también describió un nuevo trabajo que explora el papel del material de apoyo en la mejora de la eficiencia del sistema.

"Hemos investigado materiales de soporte más baratos y más fácilmente disponibles para reemplazar el óxido de cerio", dijo Chen. "Descubrimos que un óxido de titanio modificado químicamente puede permitir una vía más eficaz y selectiva para el reciclaje de polipropileno".

Aprender a tolerar el cloro

Para que el método sea práctico para su uso con flujos mixtos de reciclaje de plástico, el equipo de investigación ahora está explorando cómo la presencia de cloro afecta la eficiencia de la conversión química.

“Estamos buscando condiciones de extracción más exigentes”, dijo el químico Oliver Y. Gutiérrez, experto en aplicaciones industriales para catálisis. "Cuando no tiene una fuente de plástico limpia, en un proceso de reciclaje industrial, tiene cloro de cloruro de polivinilo y otras fuentes. El cloro puede contaminar la reacción de reciclaje de plástico. Queremos entender qué efecto tiene el cloro en nuestro sistema".

Ahora, esa comprensión fundamental puede ayudar a convertir los desechos plásticos que normalmente terminarían como contaminación en el medio ambiente en productos útiles. + Explora más

El camino más directo hacia el reciclaje de plástico es diseñar polímeros específicamente para su reutilización