Nuevos métodos de síntesis de zeolitas nanocristalinas como catalizadores de craqueo de poliolefinas

Abstract

El presente trabajo forma parte de una línea de investigación que se ha venido desarrollando en la Universidad Rey Juan Carlos, bajo la dirección de los profesores José Aguado y David Serrano, sobre el reciclado químico de residuos plásticos. En concreto, este trabajo se enmarca dentro del campo del craqueo catalítico de polímeros sobre catalizadores zeolíticos. A lo largo del mismo se ha prestado especial atención a la optimización de la síntesis de las zeolitas ZSM-5 y Beta para obtener catalizadores lo más activos posibles en las reacciones de craqueo de poliolefinas. Los materiales plásticos están presentes en prácticamente todos los aspectos de nuestra vida, de hecho, se puede llegar a decir que nos encontramos en la "Era del Plástico". La industria de la producción y transformación de los plásticos se coloca, por tanto, como una de las mayores a escala mundial y la correcta gestión de las grandes cantidades de residuos plásticos producidos se presenta como uno de los retos a los que debe hacer frente la sociedad actual. Una de las alternativas de reciclado de residuos plásticos menos explotadas es la conocida como "Reciclado Químico". Entre todos los procesos de Reciclado Químico existentes (Despolimerización Química, Gasificación, Hidrocraqueo...) el Craqueo Catalítico consiste en la degradación o rotura de las moléculas de polímero sobre un catalizador para obtener mezclas de hidrocarburos con apliación como materia prima petroquímica, combustible, etc. Uno de los tipos de catalizadores más utilizados son las zeolitas, que presentan indudables ventajas en este campo debido principalmente a su elevada fuerza ácida. No obstante, la principal limitación que poseen estos materiales es su pequeño tamaño de poro, ya que su estructura está formada por microporos de varios angstroms de diámetro. Así, las voluminosas moléculas de plástico no pueden acceder a la mayor parte de los centros ácidos que se encuentran distribuidos en el interior del sistema microporoso, siendo mayoritariamente los centros situados en la superficie externa del cristal los que participarán en las reacciones de craqueo. Una alternativa para la minimización de estas restricciones difusionales, consiste en utilizar nanozeolitas, que poseen tamaños de partícula menores de 100 nm, y por ello una elevada proporción de superficie externa, completamente accesible a los sustratos voluminosos. Otra estrategia distinta consiste en utilizar materiales meso-microporosos con paredes cristalinas formadas por estructuras zeolíticas, ya que el gran tamaño de poro de estos materiales permitiría el fácil acceso de las marcomoléculas a los centros ácidos. También se podría resolver el problema mediante la preparación de zeolitas deslaminadas, si bien este método no es de aplicación general para la totalidad de estructuras zeolíticas, o mediante la síntesis de zeolitas en espacios confinados dentro de carbones. Este último método conduce a la formación de zeolitas de 8-30 nm de tamaño con una estructura mesoporosa secundaria con un diámetro de 15 nm (zeolitas mesoporosas). En este trabajo se ha optado por la optimización de los métodos existentes de síntesis de zeolitas nanocristalinas con unas propiedades texturales óptimas para el craqueo, esto es, con un elevado porcentaje de superficie que presente restricciones difusionales mínimas a las moléculas de poliolefinas.