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ISSN 2477-9105
Número 28 Vol.1 (2022)
DOI: https://doi.org/10.47187/perf.v1i28.172
Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, Facultad de Ciencias, Carrera de Ingeniería Quími-
ca, Riobamba, Ecuador.
*paul.palmay@espoch.edu.ec
El politerealato de eleno (PET) es un termoplásco de la familia de los poliéster no biodegradables,
uno de los mejores métodos para la recuperación de residuos de polímeros es el reciclaje químico. El
objevo del presente estudio fue el reciclaje químico del PET a través de glucólisis catalizada para la
obtención de Bis-2-hidroxiel-terealato (BHET), evaluando la acción catalíca de sustancias como
Acetato de Zinc, Carbonato de Sodio y Óxido de Zinc, en condiciones de presión atmosférica, temperatura
de 180-190°C, empo de dos horas y relación PET/EG de 1:3. La reacción se llevó a cabo en un reactor
de vidrio adaptado con un balón de dos bocas obteniéndose un no polvo blanco con rendimientos
de 85.16, 82.06 y 80.69% para cada sustancia respecvamente. Los productos se analizaron por
espectroscopía infrarroja demostrando la existencia de grupos funcionales caracteríscos del BHET,
además se idencó que la reacción con acetato de zinc presentó el mejor rendimiento, con un valor
de 85,16%, ya que la sustancia posee el metal más acvo. Mediante la glucólisis de PET se obtendrá
BHET que se uliza en la fabricación de productos como espumas de poliuretano, hormigón polimérico,
resinas de poliéster dando una alternava de reciclaje mejorada a dicho material.
Palabras Clave: Despolimerización, reciclaje químico, plásco, elenglicol, catálisis, bis-2-hidroxiel
terealato.
Polyethylene terephthalate (PET) is a thermoplasc from the non-biodegradable polyester family. One
of the best methods for recovering polymer waste is chemical recycling. The objecve of this study was
the chemical recycling of PET through catalyzed glycolysis to obtain Bis-2-hydroxyethyl-terephthalate
(BHET), evaluang the catalyc acon of substances such as Zinc Acetate, Sodium Carbonate and Zinc
Oxide, under condions of atmospheric pressure, temperature of 180-190°, me of two hours and
PET/EG rao of 1:3. The reacon was carried out in a glass reactor adapted with a two-neck balloon,
obtaining a ne white powder with yields of 85.16, 82.06 and 80.69% for each substance, respecvely.
The products were analyzed by infrared spectroscopy, demonstrang the existence of funconal groups
characterisc of BHET, in addion, it was idened that the reacon with zinc acetate presented the
best performance, with a value of 85.16%, since the substance has the most acve metal. Through
the glycolysis of PET, BHET will be obtained, which is used in the manufacture of products such as
polyurethane foams, polymeric concrete, polyester resins, providing an improved recycling alternave
to said material.
Keywords: Depolymerizaon, chemical recycling, plasc, ethylene glycol, catalysis, bis-2-hydroxyethyl
terephthalate.
INFLUENCIA DEL TIPO DE CATALIZADOR EN EL
RENDIMIENTO DE REACCIÓN DE GLUCÓLISIS DE POLI
TEREFTALATO DE ETILENO (PET) POST-CONSUMO.
RESUMEN
ABSTRACT
Inuence of the catalyst type on post-consumer polyethylene
terephthalate (PET) glycolysis reacon performance.
Palmay Paredes Paúl Gustavo*
iD
iD
iD
Alvarado Guilcapi Michele Crisna
Sánchez Rojas Mishell Carolina
Fecha de recepción: 07-12-2021 Fecha de aceptación: 10-02-2022 Fecha de publicación: 01-08-2022
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Número 28 Vol.1 (2022)
DOI: https://doi.org/10.47187/perf.v1i28.172
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INFLUENCIA DEL TIPO DE CATALIZADOR EN EL RENDIMIENTO DE REACCIÓN DE
GLUCÓLISIS DE POLI TEREFTALATO DE ETILENO (PET) POST-CONSUMO.
Palmay, Alvarado, Sánchez
I. INTRODUCCIÓN
El Poli terealato de eleno se trata de un poliéster
termoplásco semicristalino considerado
como un material versál en la economía
global y ulizado en diferentes aplicaciones,
una de las más importantes, en la industria del
empaquetado, es decir, formando parte de los
envases de productos de primera necesidad
debido a sus propiedades como ligereza,
durabilidad y resistencia química (1), además
de sus bajos costos de producción y facilidad
de obtención. La naturaleza no biodegradable
del material hace que los desechos de éste se
incrementen progresivamente con el pasar de los
años mismo que ha llegado a converrse en un
potente agente contaminante peligroso para el
medio ambiente después de su uso (2).
La Organización Mundial de las Naciones
Unidas ONU menciona que en el mundo se
generan alrededor de 300 millones de toneladas
de residuos pláscos y dentro ésta cifra se
encuentra que al menos 13 millones de toneladas
de residuos pláscos al año son arrojados a los
océanos, factor críco que afecta la biodiversidad,
la economía y salud de las personas y otros seres
vivos.
El PET posee diversas propiedades que lo
convierten en un material 100% apto para el
reciclaje, una de ellas es que, al ser el PET un
polímero termoplásco posee la capacidad de
deformarse y ablandarse al ser somedo al calor
mientras que al enfriarse, éste se convierte en
una masa sólida facilitando su reciclaje, entre los
métodos más ulizados de reciclaje de material
PET, destacan cuatro: I. Reciclaje primario o re
extrusión II. Reciclaje secundario o mecánico
III. Reciclaje terciario o químico IV. Reciclaje
cuaternario o recuperación energéca (3).
El reciclaje terciario o reciclaje químico de
residuos PET se trata de un método de reciclaje
en el que se realiza un tratamiento con productos
químicos especícos provocando la ruptura de las
cadenas largas por medio de un mecanismo de
solvólisis para la obtención de sustancias como
productos principales de reacción dependiendo
del solvente ulizado, éstas corresponden al Bis-
2-hidroxiel terealato (BHET), ácido tereálico
(TPA), terealato de dimelo (DMT) (4), éste
po de reciclaje se da por diferentes técnicas
de despolimerización con el uso de diferentes
disolventes mismo que puede realizarse por: I.
Metanólisis: Metanol II. Glucólisis: Elenglicol III.
Hidrólisis: Ácidos y álcalis IV. Aminólisis: Aminas y
poliaminas y V. Amonólisis: Amoníaco (5).
Actualmente el reciclaje químico del PET ha sido
considerado como una de las alternavas de
reciclaje más ventajosas debido a que éste se
realiza con el objevo de recuperar componentes
petroquímicos sintécos (6). Una de las técnicas
de reciclaje químico que sigue con los principios
del desarrollo sostenible evitando la ulización
de ácidos y álcalis fuertes es la glucólisis de PET,
ésta técnica se trata de la degradación molecular
del material plásco por acción de glicoles, el
más común es el elenglicol (EG) para obtener
el monómero BHET como producto principal
de la reacción, mismo que por reacciones
de policondensación se puede ulizar como
componente principal para la elaboración de
productos sintécos como resinas de poliéster
insaturado, hormigón polimérico, espumas de
poliuretano, entre otros (7).
Acorde a la cinéca de la reacción glucolíca
de PET, se ha demostrado que la reacción sin
la presencia de un catalizador es una reacción
que puede durar hasta 8 horas requiriendo una
energía de acvación de 32 kcal/mol, es así que
el uso de catalizadores es primordial, mismos que
disminuyen la energía de acvación a 19 kcal/
mol, obteniéndose una despolimerización casi
completa y teniendo en cuenta los catalizadores
de transestericación más anes a la reacción (8).
La reacción de glucólisis del PET es una reacción
reversible, siguiendo el mecanismo de reacción
donde los enlaces éster del PET se rompen y
reemplazan con terminales hidroxilo (9), al ser
una reacción reversible es importante conocer las
condiciones de reacción. Según Ragaert y Delva en
su estudio acerca de Glucólisis de PET (10) existen
varios factores que intervienen directamente en
la velocidad de reacción de la glucólisis del PET,
entre ellos I. Temperatura de reacción, misma
que se encuentra en un rango de 180 °C a 250
°C, II. Relación PET/EG de 1:2 o 1:3 (11), III. El
po y la candad de catalizador, como óxido de
zinc, acetato de zinc y carbonato de sodio que se
consideran catalizadores de transestericación
siendo éstos derivados de metales y nalmente
IV. Tamaño de parcula (12).
El presente estudio se basa en la realización de la
reacción de glucólisis de PET reciclado de envases
de agua para bebidas a nivel de laboratorio,
modicando el po y la candad de catalizador
ulizado en el proceso, con el n de determinar
el catalizador ópmo y con el que se obenen los
mejores rendimientos para éste po de procesos.
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Figura. 1. Mecanismo de reacción de glucólisis catalizada de PET.
Tabla 1. Condiciones de reacción.
II. MATERIALES Y MÉTODOS
Equipos
El equipo ulizado para la caracterización de las
muestras de PET post-consumo y del producto
glucolizado fue un espectrofotómetro de
transformada de Fourier (FT-IR) modelo JASCO
FT / IR-4100, con rango de medida en número de
onda de 7.800 a 350 cm-1 y resolución de 0,9 cm-
1. Para la experimentación, se uliza una placa
calefactora, modelo SH-1, con una temperatura
máxima de la placa de 350 °C (662 °F) ± 10 °C.
Además, se ulizó una estufa SRN 112, la cual
opera en un rango de temperatura de + 5 °C
hasta una temperatura de 250 °C, nalmente
para el proceso de ltración se ulizó una bomba
de vacío DOA-P704 mostrada que soporta una
presión de 60 psig.
Caracterización del poli terealato de
eleno (PET) post-consumo
Las botellas de plásco fueron recolectadas
aleatoriamente desde recipientes de residuos
sólidos municipales considerando muestras
de diferente color, tamaño y marca, para la
caracterización de la materia prima se trituró el
material plásco recolectado en gránulos de un
tamaño de parcula de aproximadamente 0,5
x 0,5 cm. Los componentes principales de las
botellas de plásco se idencaron mediante
técnicas (FT-IR) con el n de idencar los grupos
funcionales correspondientes al polímero en
cuesón. Además, se realizaron pruebas de
calentamiento con el n de corroborar que las
muestras ulizadas para la experimentación
pertenece a la categoría de pláscos de PET, para
ello, las muestras de PET fueron somedas a
pruebas de calentamiento a la llama observando
su comportamiento con el calor y ensayos de
densidad a presión atmosférica.
Glucólisis de PET
La glucólisis de PET se llevó a cabo en un reactor
de vidrio con capacidad de 250 ml siguiendo la
metodología propuesta por (13), equipado en
un reactor de vidrio adaptado con un balón de
2 bocas y un tubo de enfriamiento, en una de las
bocas se colocó un termómetro para controlar la
temperatura durante las dos horas de reacción.
Siguiendo el esquema del mecanismo de
reacción de glucólisis catalizada de la gura 1, la
reacción de glucólisis se ejecuta por etapas, en
la etapa de iniciación los electrones libres en el
oxígeno correspondiente al EG atacan al carbono
carbonilo que se encuentra en el grupo éster
del plásco, la segunda etapa es la etapa de
propagación en donde el grupo hidroxielo del
EG conforma un nuevo enlace con el carbono
carbonilo del PET que provoca el rompimiento de
cadenas alargadas en moléculas más pequeñas
como trímeros, dímeros y por úlmo en la etapa
de nalización el monómero Bis-2-Hidroxiel
terealato, el catalizador a base de metales forma
un complejo con el grupo carbonilo facilitando
dicho ataque.
Los 4 g de muestra de plásco (PET) se añadieron
junto con la candad de catalizador, como se
muestra en la tabla 1, y adicionalmente con 3
ml de elenglicol (EG). Basado en los análisis
previamente invesgados, se determinó el
rango de temperatura de reacción misma que
se encuentra entre 180 y 190 °C (14), con un
empo de reacción de 2 horas. Los productos
glucolizados se analizaron mediante técnicas
FT-IR , al nal de cada experimento se recogió
la muestra de producto y se pesó el residuo
sin reaccionar ubicado en el fondo del reactor
y también se pesó el producto de la glucólisis.
La representación esquemáca del proceso se
muestra en la gura 1.
Cantidad C
4
H
6
O
4
Zn Na
2
CO
3
ZnO
Masa (g) 0,04 0,05 0,04 0,05 0,04 0,05
PesoMolecular
(g/mol)
219,5 219,5 105,9 105,9 81,38 81,38
Moles (mol) 0,00018 0,00022 0,00037 0,00047 0,00049 0,00061
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INFLUENCIA DEL TIPO DE CATALIZADOR EN EL RENDIMIENTO DE REACCIÓN DE
GLUCÓLISIS DE POLI TEREFTALATO DE ETILENO (PET) POST-CONSUMO.
Palmay, Alvarado, Sánchez
Figura 2. Diagrama de ujo de la glucólisis de PET.
Caracterización del producto glucolizado
Las muestras obtenidas de cada experimento
se caracterizaron mediante técnicas FT-IR,
idencando así los grupos funcionales del
principal producto bis-2- (hidroxiel) terealato
(BHET), además, se pesó el producto nal
para calcular el porcentaje de rendimiento. y
conversión de PET durante la reacción.
Rendimiento del producto glucolizado
(BHET) (%)
El rendimiento del producto glucolizado obtenido
se calculó a parr de la siguiente fórmula , misma
que involucra mediante la candad de producto
en relación a la masa de PET alimentado al inicio
del proceso, a parr de la siguiente ecuación:
(1)
Dónde:
W
BHET
= Masa del BHET producido expresado en
gramos.
W
PET
= Masa del PET inicial expresada en gramos.
MW
PET
= Masa molecular de la unidad repeva
de PET (192 g.mol
-1
)
MW
BHET
= Masa molecular del BHET (254 g.mol
-1
)
Conversión del PET (%)
El porcentaje de conversión de PET en la reacción
de glucólisis catalizada es la candad de plásco
que reaccionó, esto se calcula aplicando la ecua-
ción (15).
(2)
Dónde:
X
inicial PET
=Masa inicial del PET expresada en gra-
mos.
X
nal PET
=Masa nal del PET expresada en gramos.
Test de idencación del polímero
El comportamiento de la muestra al ser someda
al calor muestra que el PET, debido a que es un
polímero semicristalino, presenta un cambio
de color, una transición de un color lechoso a
un color práccamente transparente, además,
se observaron caracteríscas como el hollín
en la supercie de el plásco, caracteríscas
que conrman que la muestra ulizada en la
experimentación es polímero PET (16).
III. RESULTADOS
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Los picos pronunciados del espectro 1 en el número
de onda 2950.55-2850.27 cm
-1
Enlaces C-H
(esramiento asimétrico), 2 en 1713 cm
-1
banda
de absorción correspondiente al esramiento
del grupo C = O del ácido carboxílico, 3 y 4 con
una banda de absorción correspondiente al valor
de 1087,66 cm
-1
y 1241,93 cm
-1
corresponde al
grupo terealato OOC-C6 H4-COO (17), 5 la banda
de absorción en 1338.36 y 1407.78 cm
-1
son
atribuídos a la alteración en el enlace Carbono e
hidrógeno C-H, en 6 con bandas de absorción de
873 y 721 cm
-1
corresponden a los grupos C-H
en el anillo de benceno (18), por úlmo en 7 se
observan el enlace N-H correspondiente a las
amidas que se deben a las sustancias ulizadas
como adivos en el plásco (19).
Rendimiento del producto glucolizado
El rendimiento de las muestras obtenidas con los
tres pos diferentes de catalizador se muestra en
la Tabla 2.
FT-IR PET post-consumo
Figura 3. Espectro infrarrojo del PET post-consumo.
Cantidad de
catalizador (g)
Rendimiento de producto glucolizado (%)
Óxido
de Zinc
Acetato
de Zinc
Carbonato
de sodio
0,04 80,69 85,16 82,06
0,05 77,10 87,87 77,52
Tabla 2. Rendimiento promedio del producto glucolizado.
Figura 4. Representación gráca del rendimiento promedio del
producto glucolizado.
Análisis estadísco
Ulizando el soware Infostat, se realizó un
análisis de varianza ANOVA de dos vías seguido
de un test de TUKEY con el n de analizar las
diferencias estadíscamente signicavas entre
los resultados del diseño experimental de la
invesgación que se muestra en la gura 4.
El test se realizó tomando en cuenta dos variables
independientes, correspondientes al po de
catalizador empleado y la variación en la candad
de cada uno de ellos, seguido de una variable
dependiente correspondiente al porcentaje de
rendimiento de reacción.
Figura 5. Diseño experimental de la invesgación.
Figura 6. Test ANOVA.
11
INFLUENCIA DEL TIPO DE CATALIZADOR EN EL RENDIMIENTO DE REACCIÓN DE
GLUCÓLISIS DE POLI TEREFTALATO DE ETILENO (PET) POST-CONSUMO.
Palmay, Alvarado, Sánchez
Figura 7. Test de TUKEY.
Acorde al test ANOVA realizado se puede observar
que existen efectos principales estadíscamente
signicavos en las tres variables de análisis ya
que se obtuvo un p-valor < 0,05.
Por medio del test de Tukey se puede observar
no hay diferencia estadíscamente signicava
entre el ZnO y Na2CO3, pero si se observan
diferencias relevantes con el C4H10O6Zn y de la
misma manera tomando en cuenta la interacción
de variables se encontró que no existe diferencia
estadíscamente signicava ulizando las dos
candades de Acetato de Zinc ya que la media
reejada en las tablas Tukey pertenecen al mismo
grupo (D).
Figura 8. Espectro FT-IR BHET.
La Figura 4 muestra los picos pronunciados
correspondientes a los grupos funcionales
caracteríscos de la molécula BHET con los 3
catalizadores ulizados, el monómero BHET
ene picos prominentes en 1 número de onda de
3354.57 cm
-1
atribuidos a los grupos OH, 2 2852.2
y 2968,87 cm
-1
(alquilo C - H) (20) 3 a 1716,34
IV. DISCUSIÓN
La Figura 3 muestra los resultados en rendimiento
de BHET con cada uno de los catalizadores
ulizados, muestran que el rendimiento es mayor
con uno de los catalizadores ulizados, el cual es el
acetato de zinc, con un rendimiento equivalente
de 87.87%, con una candad incrementada de
acetato de zinc de 0,05 g y 4 g suministrados de
plásco. La glucólisis de PET uliza catalizadores
de transestericación para disminuir la energía
de acvación de la reacción, el acetato de zinc
genera mejores rendimientos de BHET porque
el Zn²⁺ es el metal que posee una baja energía
de ionización para mejorar la acvación de los
grupos carbonilo del poliéster en el reacción de
glucólisis (22).
La eciencia de los acetatos metálicos en la
reacción de despolimerización del PET por medio
de la reacción de glucólisis catalizada se ejecuta
en la jerarquía de Zn²⁺>Pb²⁺>Mn²⁺ por debajo de
245 °C (23), teniendo en cuenta el mecanismo de
reacción donde el metal forma un complejo con
el grupo carbonilo facilitando el ataque de EG al
PET, produciendo mejores rendimientos de BHET
en comparación con otros catalizadores.
El porcentaje más bajo de rendimiento de
BHET se obene con el catalizador de ZnO, la
deciencia está asociada con el área supercial
del catalizador, el efecto de la sustancia que
acelera la velocidad de reacción es proporcional
al área supercial, una de las desventajas de los
óxidos metálicos es la sinterización que causa un
aumento del tamaño de parcula, reduciendo la
supercie y su acvidad catalíca juscando sus
bajos rendimientos (24, 25).
En base a los resultados obtenidos a parr del
análisis estadíscos se concluye que para mejorar
la eciencia y rendimiento en la reacción de
Glucólisis se debe ulizar 0,05 gramos de Acetato
de zinc como catalizador, sin embargo acorde
al análisis Tukey se debe ulizar 0,04 gramos
de catalizador con el objevo de reducción de
costos.
cm
-1
enlaces C = O, 4 a 1411.64 cm
-1
enlaces C
= C, 5 1132.01 y 1272.09 cm
-1
enlace éster C-O,
la absorción alcanza su punto máximo en 6 de
871,916 cm
-1
y 7 a 724,139 cm
-1
perteneciente al
anillo de fenilo aromáco (21).
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Se realizó la glucólisis del terealato de polieleno
para idencar el po de catalizador más an
con la reacción, se determinó que con acetato de
zinc se obenen altos rendimientos en términos
de producto glucolizado considerando que los
derivados de metales como el acetato de zinc
V. CONCLUSIONES
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ulizado como catalizador conene al metal más
acvo el Zn²⁺, pero éste al ser un metal reconocido
por su alta toxicidad puede ser reemplazada por
una sal como el carbonato de sodio con la que se
obenen rendimientos cercanos a los obtenidos
con acetato de zinc.
13
INFLUENCIA DEL TIPO DE CATALIZADOR EN EL RENDIMIENTO DE REACCIÓN DE
GLUCÓLISIS DE POLI TEREFTALATO DE ETILENO (PET) POST-CONSUMO.
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