The Lab-Scale Fluidized Bed Reactor Transforms Thermo-Catalytically Poly(Methyl Methacrylate) (PMMA) to Methacrylic Acid (MAA)

Le polyméthacrylate de méthyle (PMMA) est un polymère thermoplastique léger et transparent. C’est une matière première pour de nombreux plastiques composés, des feux d’automobiles, de l’électronique et autres, en raison de sa grande transparence, de sa rigidité et d’autres propriétés. Selon le rapport Statista, la production mondiale annuelle de plastique a dépassé 3.6 Mt en 2020. Moins de 9% des déchets plastiques (divers plastiques) sont recyclés au Canada. La majorité du PMMA est mise en décharge ou subit une récupération de chaleur. L’industrie est motivée à découvrir une voie rentable pour produire du PMMA de qualité supérieure. Le PMMA se transforme en monomère avec un rendement de >90% à partir de 300 ◦C to 600 ◦C en inerte. L’industrie pratique la chaîne de retraitement: déchets de PMMA - r-MMA - r-PMMA tout en pyrolysant le PMMA en son monomère. La formation concomitante de sous-produits de réaction, tels que les oligomères, dont le point d’ébullition est similaire à celui du MMA, affecte la qualité du r-PMMA obtenu (odeur, opacité) et nécessite des coûts supplémentaires pour sa séparation. Notre objectif était de développer un procédé de conversion du PMMA en MAA dans un réacteur à échelle laboratoire, dans lequel nous commençons par introduire le MAA comme produit final de la conversion du PMMA et impliquons les déchets de PMMA contenant des additifs, qui étaient auparavant considérés comme un traitement non rentable dans le futur. Le recentrage sur le retraitement des déchets de PMMA, qui se divise en une dépolymérisation en monomère (MMA) suivie d’une hydrolyse catalytique de l’ester en MAA, permettra à l’industrie de minimiser les investissements dans la purification du produit en raison de la différence significative entre les points d’ébullition du MAA (161 ◦C) et du MMA (100 ◦C) en obtenant du r-MMA de qualité supérieure. Nous avons d’abord étudié les performances de catalyseurs industriels ou synthétisés en laboratoire aux propriétés physico-chimiques variées dans un réacteur à lit fluidisé de 13mm de diamètre lors de la dégradation du PMMA. Des tests TGA isothermes préliminaires ont démontré que ≤ 6% du PMMA s’est décomposé à 230 ◦C, alors que tout le polymère s’est complètement thermalisé à 350 ◦C. Dans le réacteur à lit fluidisé, avec un mélange et un transfert de chaleur améliorés, la conversion a augmenté de plus de 20 pourcent à 230 ◦C et 350 ◦C. Le PMMA s’est dégradé en 10 min. Le rendement maximal de MAA a été observé avec une zéolite Y acide (33 pourcent) et sur CsxH3 –xPW12O40/SiO2 (20 pourcent), tandis que les autres catalyseurs ont produit moins de 8 pourcent de MAA. Malgré le rendement relativement élevé de MAA sur la zéolite Y, par rapport aux autres catalyseurs, la couche vi externe de SiO2 à la surface du catalyseur, formée pendant le séchage par pulvérisation des micro-tamis moléculaires de zéolite, a recouvert les sites acides du catalyseur. La décarboxylation partielle du MMA à 350 ◦C et la formation de coke sur la surface du catalyseur ont réduit le rendement en MAA.