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Jan 20, 2024

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

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 9057 (2023) Citar este artigo 1594 Acessos 1 Detalhes da Altmetric Metrics Este estudo realizou pirólise de microondas in-situ de resíduos plásticos em hidrogênio,

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 9057 (2023) Citar este artigo

1594 Acessos

1 Altmétrico

Detalhes das métricas

Este estudo realizou pirólise de microondas 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 plásticos por micro-ondas apresentada, o carvão ativado foi utilizado 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) a temperaturas moderadas de 400–450 °C. O efeito da composição plástica, da carga do catalisador e do tipo de plástico nos produtos de carbono líquidos, gasosos e sólidos foi quantificado. Esta reação CMP in-situ resultou em hidrocarbonetos pesados, gás hidrogênio e nanotubos de carbono como resíduo sólido. Um rendimento relativamente melhor de hidrogênio de 129,6 mmol/g como combustível verde foi possível neste processo. A análise de FTIR e cromatografia gasosa revelou que o produto líquido consistia em hidrocarbonetos da fração C13+, como alcanos, alcanos e aromáticos. As micrografias TEM mostraram morfologia estrutural tubular do resíduo sólido, que foi identificado como nanotubos de carbono (CNTs) durante a análise de difração de raios X. O diâmetro externo dos CNTs variou de 30 a 93 nm para HDPE, 25–93 nm para 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 plásticos são onipresentes em nossa vida diária. Devido ao seu baixo custo, resistência à corrosão, flexibilidade, durabilidade e leveza, eles são usados ​​em diversos setores econômicos, incluindo residencial, agrícola, automotivo, comercial, medicamentos, materiais de embalagem, brinquedos, demolição e equipamentos elétricos. Polietileno de alta densidade (PEAD), tereftalato de polietileno (PET), polietileno de baixa densidade (PEBD), 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 dos plásticos estão aumentando com o aumento da população mundial. A produção de plástico em grande escala está a suscitar várias preocupações globais, incluindo a produção insustentável, a poluição ambiental e processos ou mecanismos de reciclagem deficientes2. 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 de plástico são o terceiro maior produtor global de aterros sanitários. Devido a um aumento significativo nas indústrias de embalagens plásticas, a produção de plástico expandiu 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 lançados diretamente na atmosfera a cada ano. Aproximadamente 10 milhões de toneladas são lançadas abertamente nos oceanos e um crescimento anual previsto de 9-13% de resíduos de plástico poderá ser criado até 20503. Os resíduos de plástico podem descarregar elementos cancerígenos e outros compostos nocivos em aterros, contaminando as águas subterrâneas. Estas substâncias tóxicas também reduzem a fertilidade do solo. A ecologia marinha também está em risco devido aos detritos plásticos 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 um desafio, pois a remoção de muitas restrições da poluição da água e de outros fatores seria muito dispendiosa. Embora a reciclagem do plástico fosse 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 hidrogénio e CNT5. O tratamento de resíduos plásticos tornou-se um grande problema, e a pirólise é um processo químico terciário que transforma rapidamente resíduos plásticos em combustível de carbono e hidrogênio, quebrando termicamente 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, afetam a quantidade e a qualidade do produto. É possível obter itens valiosos desejados ajustando vários 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 descontínuos, contínuos ou semi-batelada, leitos de jorro cônicos, leitos fluidizados e outras geometrias semelhantes6.