Los científicos reciclan plástico previamente no reciclable

Por la Universidad de Michigan21 de enero de 2023

El reciclaje es el proceso de convertir materiales de desecho en nuevos productos. Esto ayuda a conservar los recursos naturales y reduce la cantidad de residuos enviados a los vertederos. Es una forma sencilla y eficaz de reducir el impacto ambiental de los residuos y promover la sostenibilidad.

El PVC, o cloruro de polivinilo, es un plástico ampliamente utilizado en los Estados Unidos y en todo el mundo, y ocupa el tercer lugar en volumen a nivel mundial.

Se puede encontrar en una variedad de productos cotidianos, incluidos equipos hospitalarios como tubos, bolsas de sangre y máscaras, así como tuberías de plomería. El PVC también se usa en materiales de construcción como marcos de ventanas, molduras de viviendas, revestimientos y pisos. Además, se utiliza en revestimientos para cableado eléctrico y en diversos artículos, como cortinas de baño, carpas, lonas y ropa.

También tiene una tasa de reciclaje del cero por ciento en los Estados Unidos.

Ahora, los investigadores de la Universidad de Michigan, dirigidos por la primera autora del estudio Danielle Fagnani y la investigadora principal Anne McNeil, han descubierto una forma de reciclar químicamente el PVC en material utilizable. ¿La parte más fortuita del estudio? Los investigadores encontraron una manera de usar los ftalatos en los plastificantes, uno de los componentes más nocivos del PVC, como mediador de la reacción química. Sus resultados se publican en la revista Nature Chemistry.

"PVC is the kind of plastic that no one wants to deal with because it has its own unique set of problems," said Fagnani, who completed the work as a postdoctoral researcher in the U-M Department of Chemistry. "PVC usually contains a lot of plasticizers, which contaminate everything in the recycling stream and are usually very toxic. It also releases hydrochloric acidAny substance that when dissolved in water, gives a pH less than 7.0, or donates a hydrogen ion." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">ácido muy rápidamente con algo de calor".

El plástico generalmente se recicla derritiéndolo y transformándolo en materiales de menor calidad en un proceso llamado reciclaje mecánico. Pero cuando se aplica calor al PVC, uno de sus componentes principales, llamados plastificantes, se filtra del material muy fácilmente, dice McNeil.

Luego pueden deslizarse en otros plásticos en el flujo de reciclaje. Además, el ácido clorhídrico se libera fácilmente del PVC con el calor. Podría corroer el equipo de reciclaje y causar quemaduras químicas en la piel y los ojos, lo que no es ideal para los trabajadores de una planta de reciclaje.

Además, los ftalatos, un plastificante común, son disruptores endocrinos altamente tóxicos, lo que significa que pueden interferir con la hormona tiroidea, las hormonas del crecimiento y las hormonas relacionadas con la reproducción en los mamíferos, incluidos los humanos.

Entonces, para encontrar una forma de reciclar el PVC que no requiera calor, Fagnani comenzó a explorar la electroquímica. En el camino, ella y el equipo descubrieron que el plastificante que presenta una de las mayores dificultades de reciclaje podría usarse en el método para descomponer el PVC. De hecho, el plastificante mejora la eficiencia del método y el método electroquímico resuelve el problema con el ácido clorhídrico.

"Lo que encontramos es que todavía libera ácido clorhídrico, pero a un ritmo mucho más lento y controlado", dijo Fagnani.

El PVC es un polímero con un esqueleto de hidrocarburo, dice Fagnani, compuesto de enlaces carbono-carbono simples. Unido a todos los demás grupos de carbono hay un grupo de cloro. Bajo la activación por calor, el ácido clorhídrico salta rápidamente, dando como resultado un doble enlace carbono-carbono a lo largo de la columna vertebral del polímero.

Pero el equipo de investigación, en cambio, usa la electroquímica para introducir un electrón en el sistema, lo que hace que el sistema tenga una carga negativa. Esto rompe el enlace de cloruro de carbono y da como resultado un ion de cloruro cargado negativamente. Debido a que los investigadores utilizan la electroquímica, pueden medir la velocidad a la que se introducen los electrones en el sistema, lo que controla la rapidez con la que se produce el ácido clorhídrico.

Luego, el ácido puede ser utilizado por las industrias como reactivo para otras reacciones químicas. Los iones de cloruro también se pueden usar para clorar pequeñas moléculas llamadas arenos. Estos arenos se pueden utilizar en componentes farmacéuticos y agrícolas. Queda material del polímero, para el cual McNeil dice que el grupo todavía está buscando un uso. Fagnani dice que el estudio muestra cómo los científicos podrían pensar acerca del reciclaje químico de otros materiales difíciles.

"Seamos estratégicos con los aditivos que se encuentran en las formulaciones de plásticos. Pensemos en el uso durante y al final del uso desde la perspectiva de los aditivos", dijo Fagnani, quien ahora es científico investigador en Ashland, una empresa enfocada en fabricación de aditivos especiales biodegradables para bienes de consumo como detergentes para ropa, protectores solares y champús. "Los miembros actuales del grupo están tratando de mejorar aún más la eficiencia de este proceso".

El enfoque del laboratorio de McNeil ha sido desarrollar formas de reciclar químicamente diferentes tipos de plásticos. Romper los plásticos en sus partes constituyentes podría producir materiales no degradados que la industria puede incorporar nuevamente a la producción.

"Es un fracaso de la humanidad haber creado estos asombrosos materiales que han mejorado nuestras vidas de muchas maneras, pero al mismo tiempo ser tan miopes que no pensamos en qué hacer con los desechos", dijo McNeil. "En los Estados Unidos, todavía estamos atascados en una tasa de reciclaje del 9%, y son solo unos pocos tipos de plásticos. E incluso para los plásticos que reciclamos, conduce a polímeros de calidad cada vez más baja. Nuestras botellas de bebidas nunca se vuelven botellas de bebidas de nuevo. Se convierten en un textil o en un banco del parque, que luego termina en un vertedero".

Referencia: "Uso de poli(cloruro de vinilo) residual para sintetizar cloroarenos mediante electro(des)cloración mediada por plastificantes" por Danielle E. Fagnani, Dukhan Kim, Sofia I. Camarero, Jose F. Alfaro y Anne J. McNeil, 14 de noviembre de 2022 , Química de la naturaleza. DOI: 10.1038/s41557-022-01078-w