fr.wedoany.com Rapport : Des chercheurs de l'Université de Pékin ont mis au point un procédé catalytique pour le recyclage des déchets de plastique PET. Ce procédé utilise un catalyseur commercial pour transformer, sans apport externe d'hydrogène, les bouteilles et conteneurs usagés en deux intermédiaires chimiques de grande valeur : l'acide lactique et l'acide 1,4-cyclohexanedicarboxylique.
Cette méthode innovante en deux étapes, publiée dans la revue Engineering sous le titre « Upcycling du plastique PET en acide lactique et acide 1,4-cyclohexanedicarboxylique par le méthanol », fait réagir, dans des conditions douces, les plastiques en polyéthylène téréphtalate post-consommation avec du méthanol pour les transformer en acide lactique et acide 1,4-cyclohexanedicarboxylique. Contrairement aux méthodes de recyclage traditionnelles qui ne valorisent qu'un seul composant des déchets de PET, cette voie atomiquement économique capture simultanément la valeur des deux fragments structuraux du polymère.
L'équipe de recherche est composée de Zhenbo Guo, Haoyu Chen, Shuheng Tian, Meiqi Zhang, Meng Wang et Ding Ma. Le procédé qu'ils ont conçu vise à résoudre une limitation fondamentale de l'économie du recyclage des plastiques : extraire la valeur maximale des matières premières issues des déchets tout en minimisant l'apport énergétique et la dépendance aux réactifs externes.
Le processus commence par la dépolymérisation du PET dans une solution de méthanol et d'hydroxyde de sodium à 160 °C. Cette étape initiale décompose le polymère en ses unités constitutives : l'éthylène glycol et l'acide téréphtalique. L'éthylène glycol produit lors de la dépolymérisation subit une réaction de couplage déshydrogénant avec le méthanol, formant de l'acide lactique et de l'hydrogène. Simultanément, la déshydrogénation du méthanol fournit un hydrogène supplémentaire pour répondre aux besoins stœchiométriques de l'étape d'hydrogénation ultérieure. Cet hydrogène généré en interne est collecté et réutilisé pour hydrogéner l'acide téréphtalique en acide 1,4-cyclohexanedicarboxylique, éliminant ainsi complètement la dépendance aux bouteilles d'hydrogène externes.
L'ensemble de la séquence se déroule à une température modérée de 160 °C, sans nécessité de changer de catalyseur. Le catalyseur Ru/C (carbone supporté par ruthénium), disponible dans le commerce, fonctionne efficacement dans les deux étapes de la réaction. Des expériences de marquage isotopique utilisant du méthanol deutéré et de l'éthylène glycol deutéré ont confirmé que la déshydrogénation de l'éthylène glycol contribue de manière significative à la fois à la vitesse de formation de l'acide lactique et à la source d'hydrogène. Les chercheurs ont également découvert que la présence d'éthylène glycol inhibe les réactions secondaires liées à la déshydrogénation du méthanol, améliorant ainsi la sélectivité et le rendement globaux.
La séparation des produits comprend des étapes d'acidification et de purification. Dans des conditions optimisées, le rendement de séparation de l'acide lactique est de 55 % avec une pureté supérieure à 88 % ; celui de l'acide 1,4-cyclohexanedicarboxylique est de 84 % avec une pureté supérieure à 99 %. L'acide lactique est un élément de base essentiel pour les plastiques biodégradables en acide polylactique, les additifs alimentaires, les produits pharmaceutiques et les produits de soins personnels. L'acide 1,4-cyclohexanedicarboxylique est utilisé dans la production de polyesters haute performance, de revêtements et de synthèses chimiques spécialisées. Ces deux produits ont une valeur marchande plus élevée que les monomères de PET d'origine, créant ainsi de multiples opportunités de revenus pour les installations de recyclage.
Les chercheurs ont validé la méthode en utilisant divers déchets de PET réels, notamment des bouteilles, des contenants alimentaires, des fibres et des articles teints, démontrant ainsi sa compatibilité avec les matières premières post-consommation typiques. Les tests de stabilité ont montré que l'activité du catalyseur diminue progressivement avec les cycles de réutilisation, en raison d'une légère agglomération des nanoparticules de ruthénium et d'une certaine lixiviation du métal. Les chercheurs notent que le catalyseur Ru/C est disponible dans le commerce et à un coût relativement faible, ce qui rend son remplacement périodique économiquement viable dans un environnement industriel.
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