Resumen
El aumento de la contaminación plástica presenta un desafío importante para la humanidad y los ecosistemas. La conversión fototérmica (luz en calor) se ha convertido en una estrategia prometedora para reciclar los residuos plásticos. Tras la irradiación de la luz, los agentes fototérmicos proporcionan intensos gradientes térmicos localizados en sus superficies, en los que el calor supera la temperatura de degradación (Td) de polímeros, induciendo una despolimerización y/o degradación eficientes. Los termoplásticos (incluidos el tereftalato de polietileno (PET), el polipropileno (PP), el polietileno (PE), el poliestireno (PS) y el policarbonato (PC)) y los termoestables (resina epoxi) están sujetos a una degradación eficiente en condiciones suaves. Esta revisión resume algunos resultados y avances clave en la mitigación de residuos de polímeros mediante la conversión fototérmica, la despolimerización y el suprarreciclaje.
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Conclusión y perspectivas
Esta revisión aclara la conversión fototérmica (luz a calor) como una estrategia prometedora para el reciclaje químico y el reciclaje de plásticos básicos. El gradiente térmico localizado generado a partir de agentes fototérmicos permite una despolimerización eficiente solo cerca de la superficie del PTA, evitando la reactividad lateral no deseada a granel. De manera crucial, la despolimerización por conversión fototérmica ha logrado un reciclaje químico/suprareciclaje eficiente en varias clases de polímeros, que van desde poliésteres comerciales (PET, PLA) que contienen ésteres y son susceptibles a la degradación y poliolefinas químicamente inertes (PE, PP, PS) hasta termoestables epoxi convencionalmente no reciclables (Tabla 1 del artículo científico). Esta amplia compatibilidad de polímeros y su alta eficiencia hacen que la conversión fototérmica sea una alternativa viable a la pirólisis a granel para desafiar el diverso panorama de los residuos plásticos.
Si bien las despolimerizaciones/degradaciones por conversión fototérmica han demostrado ser efectivas para varios polímeros, existen muchas oportunidades para expandir su utilidad. Por ejemplo, dado que el poliuretano es uno de los plásticos más utilizados en todo el mundo, su despolimerización también podría contribuir a abordar los problemas mundiales de residuos plásticos. Además de los métodos descritos anteriormente para reciclar termoestables, es crucial centrarse en su despolimerización en moléculas pequeñas para permitir el reciclaje químico de estos componentes. Aunque numerosos plásticos pueden despolimerizarse mediante conversiones fototérmicas, la separación de dichos polímeros de los flujos de residuos sigue siendo un reto importante. Además, los materiales plásticos a menudo consisten en estructuras de múltiples capas, lo que hace que la despolimerización iterativa de flujos de desechos plásticos mixtos y plásticos de múltiples capas sea una necesidad crítica.
Será necesario un conocimiento detallado de los mecanismos de conversión fototérmica y degradación de polímeros para mejorar la eficacia y aplicabilidad de la despolimerización fototérmica. Las investigaciones exhaustivas sobre la eficiencia de la transferencia de energía de la luz al calor, la temperatura del PTA, las interacciones entre el PTA y el polímero y los efectos estructurales de los PTA en la eficiencia de la despolimerización guiarán el desarrollo de PTA mejorados. Estos avances podrían lograr una mayor eficiencia y un uso más amplio de las tecnologías de despolimerización fototérmica. Mientras que las temperaturas superficiales de las nanopartículas plasmónicas se miden utilizando termómetros basados en fluorescencia a nanoescala bajo irradiaciones láser, las de los PTA basados en carbono rara vez se miden. (20) Se requieren soluciones innovadoras y prácticas para medir los PTA basados en carbono compatibles con fuentes de luz de banda ancha. Se necesita una comprensión más profunda de cómo se inicia y propaga la despolimerización fototérmica, especialmente el papel de los extremos de la cadena y los defectos estructurales, lo que guía las estrategias de polimerización y los diseños de polímeros sostenibles y redes de polímeros.
Uno de los objetivos es escalar los procesos de despolimerización fototérmica a nivel industrial. Los esfuerzos de ingeniería y diseño de reactores son primordiales, además de las investigaciones sobre la química de los polímeros. Aunque la despolimerización fototérmica es rentable gracias a los abundantes PTA basados en carbono, la investigación en este campo solo se ha realizado a escalas relativamente pequeñas (<50 g). Por lo tanto, son necesarios reactores capaces de alcanzar mayores volúmenes de plástico mientras mantienen suficiente flujo de fotones o penetración de luz. Además, la transformación del reciclaje a escala de laboratorio a la aplicación industrial requiere fuentes de luz innovadoras, como la luz solar. Las aplicaciones solares térmicas han demostrado una gran versatilidad en diversas industrias, como el aire acondicionado y la purificación de agua, que podrían adaptarse a la despolimerización. (59) Como proceso ecológico que requiere un aporte mínimo de energía no renovable y posee una alta eficiencia de reacción, la conversión fototérmica puede revolucionar potencialmente el flujo de reciclaje de plástico en el futuro.
Información tomada y traducida del artículo científico “Emerging Plastic Recycling Strategies Based on Photothermal Conversion” del repositorio de la American Chemical Society.
