Reciclado Químico

7/24/2019 Reciclado Qumico

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eciclado qumico

Hoy en da muchos plsticos son reciclados fsicamente, para ello,

generalmente son recolectados, lavados y molidos. Una vez molidos se les

calienta (funde) y da la forma que se desea para su nueva aplicacin. ste

proceso es relativamente sencillo, pero no puede aplicarse a todos los

plsticos ni realizarse numerosas veces, los plsticos reciclados son de menor

calidad que el material nuevo (material virgen). !ada vez que el material es

reciclado sufre un proceso de degradacin que disminuye sus propiedades.

"dems, el recicla#e fsico requiere que el material se encuentre li$re de

impurezas y contaminacin, no slo de sustancias t%icas o peligrosas, sino

tam$i&n de otros plsticos o materiales. ste es uno de los inconvenientes ms

grandes para lograr un $uen recicla#e fsico, la separacin de los materiales.

!omo una alternativa al recicla#e fsico se

puede realizar el reciclaje qumico,el cual, a

diferencia del primero, implica cam$ios en la

estructura qumica del material. l recicla#e

qumico, al $asarse en una reaccin qumica

especfica, no necesita los complicados pasos de

purificacin que son indispensa$les para elrecicla#e fsico. "dems, permite utilizar al

desecho plstico como fuente de materia prima,

no slo para producir nuevamente el material

original (como material virgen), sino producir otros

materiales con diferentes caractersticas.

!omo una alternativa al recicla#e fsico se puede realizar el reciclaje

qumico,el cual, a diferencia del primero, implica cam$ios en la estructura

qumica del material. l recicla#e qumico, al $asarse en una reaccin qumica

especfica, no necesita los complicados pasos de purificacin que son

indispensa$les para el recicla#e fsico. "dems, permite utilizar al desecho

plstico como fuente de materia prima, no slo para producir nuevamente el


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material original (como material virgen), sino producir otros materiales con

diferentes caractersticas.

%isten varios procesos de reciclado qumico, de los cuales los ms

importantes son' metanlisis, gliclisis e hidrlisis. tra alternativa a estas espara fa$ricar un material, denominado concreto polimerico, con aplicacin en el

campo de la construccin.

os procesos de glicolisis, metanolisis e hidrlisis son similares, por lo tanto

desarrolalremos con ms detalle solamente uno de ellos y a continuacin

e%plicaremos la formacin del concreto polimerico a partir de *+.

El proceso qumico ofrece las siguientes ventajas

uy competitivo econmicamente. *ara una planta de produccin de

-, t/a0o se estima el costo de produccin de unas 1 2/t, de$ido a

la utilizacin de aditivos de $a#o costo y de $a#a consumacin de energa

. "ctualmente (-345) se construye in 6talia una planta pilota de tama0o

comercial, que permitir cotizar instalaciones llave en mano a partir de

5345.

7o seleccin o lavado previo es necesario

7o eliminacin de tapas o etiquetas necesaria

8otellas con stratificacin de capas $loqueantes para o%igeno son

tratados sin pro$lemas

"cido +erephtalico y thyleneglycol vendi$les directamente a la

industria qumica o utilizadores specialisados.

"lternativamente se puede producir un producto *H+

(*olyhidro%ilethilterephtalato) que puede ser utilizado directamente para

la produccin de $otellas *+

*lantas e%istentes convencionales de recicla#e *+ pueden ser

adaptadas para el proceso qumico.


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El proceso de metanolisis- proceso Petrectec

9upont desrroll una tecnologa de reciclado completamente nueva. " este

proceso verde se le conoce como +ecnologa de :egeneracin del *oli&ster

(*etretec).l proceso *etretec puede tratar films de poli&ster, fi$ras y plsticos

con niveles de contaminantes muchos mayores que los aceptados en el

reciclado mecnico como material recicla$le. l proceso *etretec utiliza

reacciones qumicas $asadas esencialmente en ;descondensar; las mol&culas

de poli&ster. !ualquier *+ que contenga metales, tintes u otros materiales

que interferiran en el reciclado son separados y destinados al reciclado

mecnico, vertido o incineracin. l *+ remanente se disuelve en 9+ a

temperaturas por encima de los 44o!, formndose una disolucin de desecho

de *+ en 9+. n una reaccin de transesterificacin despolimerizante el

*+ reacciona con metanol para producir los monmeros originales del

polmero, como se muestra de$a#o. a reaccin se lleva a ca$o a escala

industrial en un reactor de metanolisis a 4


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9el reactor de metanolisis, el 9+ y el etilen glicol (?), mezclados con un

e%ceso de metanol se pasan a trav&s de una columna de eliminacin de

metanol. l metanol eliminado de esta manera se recicla en el proceso. l 9+

y el ? forman un azetropo que impide su separacin por destilacin. *ara

conseguir esto, los qumicos de la 9upont a0aden p3toluato de metilo (*+) eneste punto del proceso *etretec. !on ello se forma un azetrop de *+ y ?,

que permite la separacin del 9+ de los otros dos componentes. l destilado

*+/? forma una solucin de dos capas. a superior est enriquecida con

*+ y puede reciclarse en el proceso. l 9+ sigue una destilacin

fraccionada para aumentar su pureza.

a reaccin de despolimerizacin, que es el centro de la tecnologa

*etretec produce 9+ y etilenglicol. a enorme venta#a de esto es que se

reproducen monmeros id&nticos a aquellos empleados como material de

partida en la reaccin de polimerizacin. *or consiguiente, no e%isten lmites en

los usos del *+ hecho a partir de ellos. sto supone una reduccin en la

dependencia de los productos petroqumicos para la produccin.


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Formacin de concreto polimrico

a idea es descomponer qumicamente el *+, es decir, romper la cadena

para o$tener sus esla$ones separados. stos esla$ones son utilizados para

formar una nueva cadena, diferente de la anterior (*+). sta a su vez tiene la

particularidad de poseer algunos esla$ones que pueden unirse a otros tres (en

ves de slo a dos), la mol&cula formada es un polister insaturado. a

caracterstica de las cadenas de estos poliesteres, es que permiten que todas

ellas puedan ser unidas formando una especie de red tridimensional (este

proceso de unin de cadenas se conoce como entrecruzamientoo curado). l

resultado es una estructura o matriz muy grande, interconectada y muy fuerte.

@i por e#emplo, esta matriz es rellenada con arena o grava, el producto final es

una especie de concreto cuyo ;pegamento; o aglutinante es un polmero (en


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vez de cemento en el caso de concretos tradicionales). " este concreto lo

llamamos concreto polimrico.

ste concreto

polim&rico posee

propiedades

diferentes a las del

concreto

convencional.

!omparado con elconcreto de

cemento *ortland

los productos de

concreto

polim&rico son de

- a 1 veces ms fuertes, mucho ms resistentes a la a$sorcin de

humedad y presentan mayor capacidad de a$sorcin de energa de

impacto. "dems, puede drsele propiedades segAn las necesidadesde cada aplicacin.

:eciclado qumico de *+


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l poli(tereftalato de etileno), conocido por el acrnimo de *+, es un poli&ster saturado utilizado

generalmente en la ela$oracin de $otellas de plstico descarta$les.

"ctualmente, los desechos de estas $otellas constituyen un pro$lema medioam$iental de$ido a la

gran cantidad acumulada ya que, a pesar de no ser un material nocivo, poseen gran resistencia a

la degradacin. 9e$ido a esto, son importantes los m&todos para el recicla#e de este material, entre

los cuales se encuentran el recicla#e mecnico y el qumico.

l reciclaje mecnico se $asa en el tratamiento de los residuos plsticos mediante m&todos

fsicos de purificacin y la reduccin de los mismos a escamas o fla>es de *+, los cuales pueden

ser e%trudidos y granulados en forma de pellets. l producto o$tenido presenta propiedades

inferiores al *+ virgen y la imposi$ilidad de ser utilizado nuevamente en envases que est&n en

contacto con alimentos por el grado de contaminacin que presenta.(Use of Recycled Plastics in

Food Packaging: Chemistry ConsiderationsB de la FDA 2006!(Recycling of Plastics for Food

Contact Use"# $%&licado $or ')' *++,


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:ecientemente se han desarrollado m&todos denominados de sAper3limpieza (super clean) que

permiten o$tener *+ por recicla#e mecnico. l *+ o$tenido mediante estos m&todos es apto

para el uso en contacto con alimento. !onsisten en tratamientos de descontaminacin t&rmica,

qumico3fsico (hidrlisis superficial de soda custica3tratamiento t&rmico) y mediante e%traccin

con disolventes.

l reciclaje qumico es una alternativa via$le para el tratamiento de desechos de *+. ste

m&todo presenta la venta#a que hace posi$le la o$tencin de materias primas orgnicas que

posteriormente podran ser usadas para producir nuevamente *+ apto para estar en contacto con

alimentos u otros materiales con distintas propiedades. *ero esto depender del grado de pureza

que presenten los monmeros o$tenidos.

!a$e destacar que previo a todo proceso de recicla#e qumico le precede un recicla#e mecnico

para la o$tencin de escamas de *+. l tama0o de las escamas puede variar entre 4 (o menos) a5 mm. Una granulometra ms fina significa una disminucin en el tiempo del proceso de$ido a un

incremento en la velocidad reaccin por el aumento de la superficie de contacto.

9e los procesos qumicos para la despolimerizacin de *+, la metanlisis, la hidrlisis y so$re

todo la gliclisis, son los procesos mas utilizados. @in em$argo, la metanlisis e hidrlisis se llevan

a ca$o a condiciones de presin y temperatura mayores que en el caso de la gliclisis, y adems,


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de$ido a las condiciones cidas o $sicas de la hidrlisis, esta puede generar mayores pro$lemas

am$ientales.

!ontrario a lo que se podra pensar y a pesar de las mAltiples alternativas que e%isten para reciclar

el *+, esta prctica constituye menos del 1C del consumo anual del polmero a nivel mundial.

n el caso de la gliclisis, el proceso mas empleado, es llevado a ca$o con etilenglicol (?). l

producto principal es el monmero tereftalato de $is(43hidro%ietileno) (8H+) que puede ser

utilizado directamente para la sntesis de *+ o de resinas de poli&ster insaturado.

Procesos de despolimerizacin

os procesos de recicla#e qumico que e%isten en el mercado estn normalmente patentados, por lo

que los detalles concretos no se conocen. *or lo que se har una descripcin en $ase a datos

e%perimentales.

Metanlisis

a despolimerizacin del *+ a trav&s de la metanlisis se lleva a ca$o por medio del tratamiento

del polmero con altas cantidades de metanol en presencia de un catalizador (trisoprop%ido de

aluminio o acetato de zincy sales de cido arilsulfnico) a altas presiones (4341 Dg/cm-) y a

temperatura (5E34EF!). ste proceso incluye un alto nAmero de operaciones unitarias, como la

filtracin (centrfuga), cristalizacin multietapa, destilacin al vaco, etc. n la metanlisis se

descompone el *+ en sus mol&culas $sicas, dimetil tereftalato y etilenglicol que pueden ser

nuevamente polimerizados para la o$tencin de *+ virgen. @e o$tiene un producto de 9+ de

muy $uena calidad y los resultados son $astante consistentes. ste proceso tam$i&n puede serusado para *+ coloreado y con contenidos de otros polmeros contaminantes (*, *G!,

polmeros termoesta$les). l metanol recuperado es reutilizado.

9iagrama de $loques de la etanlisis del *+.


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as e%periencias llevadas a ca$o por empresas como 9u*ont y Hoerscht !elanese han

demostrado que los monmeros resultantes del reciclado qumico son lo suficientemente puros

para ser reutilizados en la fa$ricacin de nuevas $otellas de *+ para gaseosas.

Hidrlisis

@e llama hidrlisisa una reaccin cido3$ase entre una sustancia, tpicamente una sal, y el agua.

sta reaccin es importante por el gran nAmero de conte%tos en los que el agua actAa como

disolvente. +am$i&n se aplica a algunas reacciones cido3$ase en las que participa el agua y se

rompe un enlace covalente, como se ilustra en la figura.

"l ser disueltos en agua, los iones constituyentes de una sal se com$inan con los iones hidronio,

H-o $ien con los iones hidro%ilo, H 3, o am$os. 9ichos iones proceden de la disociacin del

agua. sto produce un desplazamiento del equili$riode disociacin del agua y como consecuencia

se modifica el valor del pH.

os iones "3, 8Hprocedentes de cidos d&$iles "H o $ases d&$iles 8 se hidrolizan por accin del

agua, dependiendo el grado de la reaccin de la de$ilidad del cido o de la $aseI los iones

procedentes de cidos o $ases fuertes no se hidrolizan aprecia$lemente. l equili$rio de la

reaccin se puede desplazar mediante la adicin de un cido o una $ase al medio de reaccin.
http://es.wikipedia.org/wiki/Equilibrio_qu%C3%ADmicohttp://es.wikipedia.org/wiki/Equilibrio_qu%C3%ADmico


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a hidrlisis del *+ produce "+ puro y ? para su posterior reutilizacin en la produccin de

polmero virgen. l proceso de hidrlisis es clasificado en tres categoras diferentes, as' hidrlisis

neutra con agua o vapor, hidrlisis cida e hidrlisis alcalina o saponificacin.

Hidrlisis neutra

s llevada a ca$o con agua o vapor a altas presiones, para o$tener "+ puro. l rango de

temperatura de la reaccin va desde 5EF! hasta 4J1F!. os rangos tpicos para la reaccin de

hidrlisis presurizada son de 5E a 44F! en e%ceso de agua, con una relacin en peso *+3agua

de 5'< a 5'54 y presiones de 5 a = *a. l tiempo de reaccin depender de cantidad de reactivos,

presin y temperatura utilizados).

Hidrlisis cida

a hidrlisis cida del *+ implica el uso de un cido inorgnico fuerte, como el cido ntrico ocido sulfArico, para despolimerizar el *+ en un pH de 4 a


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a reaccin procede lentamente, se puede tomar entre - y < horas, dependiendo de la

temperatura, presin y cantidad de reactivos utilizados.

squema de $loque de la hidrlisis $sica de *+

l *+ triturado se introduce en un reactor e hidroliza con una solucin de 7aH en presencia de

$romuro de tri$utilhe%adecil fosfonio (-8u


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+ranscurrido el tiempo estipulado el reactor es enfriado y posteriormente se separa la fase lquida

del *+ que no reaccion.

a fase lquida es tratada con cido clorhdrico a fin de precipitar el cido tereftlico para el

posterior filtrado. l cido tereftlico, retenido en el filtro, es sometido a un proceso de secado /

cristalizado en un horno de microondas, para posteriormente ser almacenado en silos para la

venta.

a fase lquida restante se somete a un proceso de destilacin para la recuperacin del etilenglicol

y del catalizador.

Rendimientos

@egAn datos e%perimentales de hidrlisis $sica (sin uso de catalizador N8r), realizados con *+

virgen, los m%imos rendimientos son o$tenidos a 51F!, relacin *+/7aH 5'4.=, dimetro de

escamas de *+ 53.1. (F%ente: Cartif

!aracterizacin del cido tereftlico o$tenido a partir de *+ post3consumo por valoracin cido3

$ase y 9@! (calorimetra de $arrido). l grado de pureza es del E1C. (F%ente: Cartif


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Gliclisis

!uando el *+ es disuelto en e%ceso de ? a altas temperaturas, la reaccin de condensacin es

reversada, esto es lo que se conoce como gliclisis. os productos de dicha reaccin son el $is3

hidro%ietilentereftalato (8H+) y algunos oligmeros de $a#o peso molecular.

l 8H+ se usa en la poliesterificacin del *+, la cual es la etapa previa para la policondensacin

del *+ nuevamente.

Mtodo 1:

a reaccin de gliclisis es catalizada por acetatos de On, n, !o, *$, etc. en presencia decar$onato de sodio y sulfato de potasio. l proceso de despolimerizacin se lleva a ca$o a 5LF!,

con una relacin molar ?/*+ de ='5, en un tiempo de apro%imadamente E horas (dependiendo

de cantidad de reactivos y parmetros de temperatura y presin utilizados). sta reaccin es

acelerada a altas presiones.


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P-./ cristaliado

9iagrama de $loques del proceso de la gliclisis 6

" trav&s de los a0os, la gliclisis se ha convertido en el proceso ms via$le en el reciclado qumico,

de$ido a que puede ser operado de modo $atch o continuo, a peque0a o gran escala con

relativamente $a#as inversiones de capital. stas caractersticas le dan muchas venta#as so$re sus

similares en el reciclado qumico, la metanlisis y la hidrlisis, pues &stas necesitan ser operadas

en plantas con capacidades mnimas de 1. toneladas por a0o para ser comercialmente

via$les.

s el proceso de despolimerizacin ms via$le t&cnica y econmicamente para realizar a escala

industrial. n este proceso no se o$tienen las materias primas para volver a polimerizar el *+ sinouna mezcla de oligmeros que puede utilizarse para la fa$ricacin de poli&steres insaturados, lo

que puede presentar un $eneficio econmico.

:ecientes pu$licaciones han descrito el uso de %ileno como medio de reaccin en la gliclisis y

radiaciones microondas como fuente energ&tica.


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Resinas de polister no saturado

as resinas de poli&ster insaturado son lquidos muy viscosos que tienen la caracterstica de poder

entrecruzar sus cadenas mediante la adicin de un monmero vinlico o$teni&ndose de este modo

productos slidos termoesta$les.

*ara la o$tencin de resinas de poli&ster insaturado, se sintetiza un poli&ster lineal de $a#o peso

molecular que contiene insaturaciones (do$les enlaces car$ono3car$ono). l anhdrido maleico es

el monmero mas utilizado para introducir la insaturacin a la cadena de$ido a su alta

reactividad.a reaccin tam$i&n se lleva a ca$o con etilenglicol y acido adpico, el cual permite

aumentar la separacin de las insaturaciones y por lo tanto disminuir la fragilidad del producto final.

*osteriormente a la sntesis del poli&ster insaturado, el curado de la resina produce el

entrecruzamiento de los do$les enlaces del poli&ster lineal con la ayuda de un monmero vinlico

(estireno). n esta etapa, adems, es necesaria la adicin de un catalizador y un iniciador que

permita la reaccin de entrecruzamiento.

1ote fa&ricado con resina$olister no sat%rada

reforada con fi&ra de 3idrio

ntesis del polister insaturado

a sntesis del poli&ster insaturado puede llevarse a ca$o mediante una reaccin con el producto

de la despolimerizacin de *+, el 8H+, anhdrido maleico (") y etilenglicol $a#o atmsfera de

nitrgeno y agitacin constante a una temperatura de 5LF!. a relacin entre hidro%ilo/car$o%ilo

(H/!H) es de 5,4/5 y se utilizan acetato de calcio y o%ido de antimonio (666) como

catalizadores.

l agua producida por condensacin de los reactivos y el etilenglicol en e%ceso seelimina por destilacin.


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Mtodo !:

ste otro m&todo presenta peque0as variaciones respecto al m&todo 5. n el se modifican algunos

parmetros de temperatura y tiempos de reaccin como, as tam$i&n, las concentraciones de los

reactivos involucrados. ste m&todo prescinde del car$onato de sodio y del sulfato de potasio.

uego de la molienda de las $otellas post3consumo, las escamas (de 4 mm) son introducidas en el

reactor donde se a0ade etilenglicol y acetato de zinc (catalizador). a reaccin se lleva a ca$o en

una atmsfera inerte de nitrgeno a una temperatura de entre 5L1 y 44F!. uego se realiza una

e%traccin con agua y posterior filtrado para eliminacin de impurezas y *+ que no reaccion. l

so$renadante se introduce en un cristalizador. l posterior filtrado permite o$tener 8H+ slido y

etilenglicol en solucin. l etilenglicol puede ser recuperado por destilacin al vaco y reutilizado enel proceso.

*roporcin de los reactivos'

@egAn datos e%perimentales, los me#ores rendimientos se o$tuvieron a' (F%ente: Cartif

:elacin ?/*+'


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:endimientos de la gliclisis

*ara me#orar la economa del proceso se reutiliza el etilenglicol

P l rendimiento a 8H+ con ? recicladoes E5C

P l rendimiento a 8H+ con el *+ residual es EC (datos e%perimentales den un rendimiento del

LCcon *+ virgen).

os impropios del *+ residual quedan en el reactor sin reaccionar

a reaccin de gliclisis da un poliol reciclado y un glicol (su$producto) en dos fases inmisci$les.

os me#ores resultados o$tenidos para concentraciones de disolventes en procesos

e%perimentales fueron de relaciones de


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n cuanto a la caracterizacin del 8H+ o$tenido de $otellas post3consumo presenta un grado de

contaminacin mayor respecto del *+ virgen, por lo que se necesita evaluar metdicamente su

uso para ela$oracin de resina virgen para ela$oracin de productos en contacto con

alimentos. (F%ente: Cartif

*unto de fusin como medida de pureza

"tros procesos para el reciclaje qumico

minlisis

sta reaccin lleva al *+ a la formacin de las correspondientes diamidas de "+ y ?. l proceso

es llevado a ca$o en una solucin acuosa de aminas primarias, como metilamina o etilamina a

temperaturas de entre 4 y 5F!. l *+ de$e estar en forma de polvo o de fi$ras, para garantizar

una alta superficie de reaccin que permita una rpida despolimerizacin en estado slido. os

productos de reaccin, es decir las diamidas pueden ser usadas como compuestos intermedios o


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monmeros para la produccin de poli&steres de amidas o poliureas por medio de algunas

reacciones su$secuentes con isocianatos.

Pirlisis: es el craqueo de las mol&culas por calentamiento en el vaco. ste proceso genera

hidrocar$uros lquidos o slidos que pueden ser luego procesados en refineras para la o$tencinde com$usti$le sint&tico para motores de ciclo di&sel. s utilizado en plsticos compuestos

Anicamente de car$ono e hidrgeno (por e#emplo' * y **).

*ero con este m&todo tam$i&n puede ser o$tenido car$n activado a partir de *+ (utilizado, entre

otros usos, en la purificacin de agua) mediante pirlisis e%trema. ste es un m&todo de poco uso.

#asificacin: mezclas de plsticos son calentados con aire o con o%geno. "s se o$tienen los

siguientes gases de sntesis' mon%ido de car$ono e hidrgeno, que pueden ser utilizados para la

produccin de metanol o amonaco o incluso como agentes para la produccin de acero en hornos

de venteo.

*resenta la venta#a, frente a otros procedimientos de reciclado qumico, de poder admitir como

alimentacin toda la corriente de residuos municipales, sin necesidad de separar previamente los

plsticos.

@on muchas las compa0as que estn investigando esta opcin de reciclado, entre ellas @hell il,

pero es +hermoselec, @.". (ocarno. @uiza) quien lidera esta tecnologa en su planta piloto

instalada en Ger$ania (6talia) se tratan =,4 tn/hr de residuos slidos municipales, que producen

(1>g de gas de sntesis, 44 >g de escoria, 4->g de metales y 5E >g de sales por cada residuo

tratado. n el proceso, los residuos, previamente compactados y desgasificados, se pirolizan a


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F%entes:

444!cartif!com

444!a$re$et!org!m5

444!%mich!m5

444!%msa!&o

444!$slc!4s

444!4iki$edia!org

444!%3a!es

444!%iminet!com

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