Es una realidad innegable la cantidad de residuos plásticos que hemos acumulado, tanto que a veces es desalentador pensar que hacer con toneladas de basura que terminan contaminando nuestros mares y océanos; el problema es que es más fácil hacer plástico nuevo que reciclar el ya utilizado. Por eso es necesario brindar algún uso para los desechos plásticos, ya que si no adquieren un valor después de su uso, seguirán convirtiéndose en basura que sigue acumulándose. Pero, un grupo de investigadores podría revertir esta situación, y es que se han propuesto darle valor a los residuos de los plásticos de un solo uso, mediante un innovador método que puede convertir el polietileno, el componente más común de los plásticos, en alquilaormáticos, sustancias químicas en el rango de los tensoactivos, materia prima para los detergentes y otros productos.
Nuevo método propone la conversión catalítica de poliolefinas residuales en surfactantes para contribuir al reciclado del carbono. Fuente: @emiliomoron, las imágenes de las botellas de polietileno y detergente son de dominio público.
Este tipo de desarrollo permitiría desviar una gran cantidad de desechos plásticos de los vertederos, o evitar que más plásticos lleguen a contaminar mares y océanos, al darle un valor agregado como materia prima para otras industrias.
Poliolefinas
Las poliolefinas son polímeros producidos a partir de una olefina como monómero. En química orgánica, una olefina es un alqueno, una molécula orgánica insaturada que contiene al menos un doble enlace carbono-carbono. El alqueno más simple es el etileno, y cuando se polimeriza conduce a la obtención de polietileno, y la ruta de síntesis más empleada en la industria para los alquenos es el craqueo catalítico del petróleo, proceso mediante el cual moléculas complejas presentes en el crudo se descomponen en moléculas más pequeñas mediante la ruptura de sus enlaces.
Estructura del etileno, el alqueno más simple. Fuente: Wikipedia.org.
Se pueden producir varias clases de poliolefinas, entre ellas el polietileno de baja densidad, polietileno de alta densidad, polietileno reticulado, polipropileno y polibuteno-1. Igualmente existen diferentes procesos para la polimerización de olefinas, diferenciándose principalmente en el estado físico de los medios del reactor y en el funcionamiento de las unidades, y la elección del proceso dependerá de la disponibilidad de materia prima, el catalizador y los productos a obtener.
Y las poliolefinas son ampliamente utilizadas como materia prima para producir embalajes, materiales de construcción, transporte y en partes electrónicas, principalmente debido a su excelente resistencia, inercia química y bajo costo. Las principales poliolefinas empleadas en la producción de plásticos son el polietileno y el polipropileno; de los 390,7 millones de toneladas de plásticos producidos en 2021, el polipropileno y el polietileno de baja y alta densidad acaparan casi la mitad de la producción mundial de plásticos.
Polietileno y el polipropileno son de las poliolefinas más comunes. Fuente: imagen elaborada en powerpoint.
Nuevo método para producir alquilarómaticos
Un alquilaromatico es un compuesto químico que contiene un anillo aromático monocíclico unido a una o más cadenas de hidrocarburos saturados, por ejemplo, un alquilbenceno es un derivado del benceno en los que uno o más átomos de hidrógeno han sido reemplazado por un grupo alquilo. El compuesto más simple de esta familia es el tolueno, tambien llamado metilbenceno, un compuesto donde un hidrogeno del anillo de benceno ha sido reemplazado por un grupo metilo; este y otros alquilbencenos cortos, como el xileno y el etilbenceno, se utilizan para fabricar solventes, adhesivos, pinturas y tintas.
Estructura de un alquilbenceno lineal. Fuente: Wikipedia.org.
Los alquiarómaticos de cadena más larga también son muy empleados en la industria química actual, principalmente por servir de precursores para la fabricación de tensioactivos, compuestos que son la base de los aceites lubricantes y detergentes. Por ejemplo, los alquilbencenos lineales se emplean como materia prima para producir sulfonatos de de alquilbenceno lineales, compuestos empleados en la elaboración de los detergentes líquidos domésticos, como lavaplatos y líquidos para lavar ropa.
Ahora bien, un grupo de investigadores de la Universidad de California reportaron haber utilizado un catalizador de Pt/g-Al2O3 a 280 °C para la conversión de varios tipos de PE en una mezcla de alcanos e hidrocarburos aromáticos con una media de 30 átomos de carbono, sin embargo, en un principio el proceso resultó lento y con bajo rendimiento en especies alquilaromáticas. Esto lo lograron mejorar al incrementar la acidez del catalizador, obteniendo una mejora hasta 5 veces mayor de la tasa de escisión de enlaces, y duplicando el rendimiento molar de alquilaromáticos.
Tal parece que la clave en la mejora del método fue aumentar la acidez del catalizador con la adición de cloro o flúor, por ejemplo, se prepararon catalizadores bifuncionales catalizadores soportando Pt sobre varias alúminas modificadas con Cl o F (Pt/Cl-Al2O3 y Pt/F-Al2O3). Ambos catalizadores bifuncionales (metal – halógeno) no solo aceleraron el proceso sino que también lograron generar más alquilaromáticos en el rango deseado de tensoactivos (C16 –C22), una cantidad de átomos de carbono similar a la de los tensoactivos aniónicos convencionales.
Alquilbenceno lineal derivado de la despolimerización catalítica del polietileno. Fuente: imagen elaborada en powerpoint.
Los investigadores concluyen con que estos catalizadores bifuncionales son efectivos para mejorar la actividad y la selectividad, pero que con el aumento de la acidez se tiene lugar una conversión de polietileno más rápida y con mayor fracción de alquilaromáticos con el peso molecular adecuado para su uso como tensioactivos, aunque también se producen más gases de bajo valor y coque.
Aunque aun quedan muchas pruebas por hacer, a fin de determinar si el método es efectivamente viable en cuanto al consumo de energía y la emisión de gases de efecto invernadero para que pueda ser sostenible, se puede decir que es una buena forma de aprovechar los desechos de polietileno, además de reducir el consumo de materia prima de origen fósil para la elaboración de los tensoactivos.
Bueno amigos, esperemos que este método siga su desarrollo para darle más valor a los desechos plásticos y como alternativa para producir tensoactivos sin consumir más carbono de origen fósil.
Referencias
Myer Kutz (2011). Applied Plastics Engineering Handbook. Elsevier Inc.
Ambiente Plástico. Producción mundial de plásticos creció 4% después de la pandemia.
Jiakai Sun, Yu-Hsuan Lee, Ryan D. Yappert, Anne M. LaPointe, Geoffrey W. Coates, Baron Peters, Mahdi M. Abu-Omar, Susannah L. Scout (2023). Bifunctional tandem catalytic upcycling of polyethylene to surfactant-range alkylaromatics Article Publication Date; Chem 9, 2318–2336.
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