Новый процесс может обеспечить более эффективную переработку пластика

Изображения для загрузки на веб-сайте офиса новостей MIT предоставляются некоммерческим организациям, прессе и широкой публике по лицензии Creative Commons Attribution Non-Commercial No Derivatives. Вы не имеете права изменять предоставленные изображения, кроме как обрезать их до нужного размера. При воспроизведении изображений необходимо использовать кредитную линию; если оно не указано ниже, укажите авторство изображений в «MIT».

Предыдущее изображение Следующее изображение

Накопление пластиковых отходов в океанах, почве и даже в наших телах является одной из основных проблем загрязнения современности: на сегодняшний день утилизировано более 5 миллиардов тонн. Несмотря на значительные усилия по переработке пластиковых изделий, фактическое использование этой пестрой смеси материалов остается сложной проблемой.

Ключевая проблема заключается в том, что пластмассы бывают самых разных видов, и химические процессы, необходимые для их расщепления до формы, пригодной для повторного использования, как правило, очень специфичны для каждого типа пластика. Сортировка мешанины отходов — от бутылок из-под газировки до емкостей для моющих средств и пластиковых игрушек — непрактична в больших масштабах. Сегодня большая часть пластиковых материалов, собранных в рамках программ переработки, все равно оказывается на свалках. Конечно, есть лучший способ.

Согласно новым исследованиям Массачусетского технологического института и других организаций, похоже, что действительно существует гораздо лучший способ. Было обнаружено, что химический процесс с использованием катализатора на основе кобальта очень эффективен при расщеплении различных пластмасс, таких как полиэтилен (ПЭТ) и полипропилен (ПП), две наиболее широко производимые формы пластика, в единый продукт. пропан. Пропан затем можно будет использовать в качестве топлива для печей, обогревателей и транспортных средств или в качестве сырья для производства широкого спектра продуктов, включая новые пластмассы, что потенциально обеспечит хотя бы частичную систему переработки с замкнутым циклом.

Открытие описано сегодня в журнале открытого доступа JACS Au, в статье профессора химического машиностроения Массачусетского технологического института Юрия Романа-Лешкова, постдока Гвидо Зичителлы и семи других сотрудников Массачусетского технологического института, Национальной ускорительной лаборатории SLAC и Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии.

Переработка пластика является сложной проблемой, объясняет Роман-Лешков, потому что длинноцепные молекулы в пластике удерживаются вместе углеродными связями, которые «очень стабильны и их трудно разорвать». Существующие методы разрыва этих связей имеют тенденцию создавать случайную смесь различных молекул, которая затем потребует сложных методов очистки для разделения на пригодные для использования конкретные соединения. «Проблема в том, — говорит он, — что невозможно контролировать, в каком месте углеродной цепи разорвать молекулу».

Но, к удивлению исследователей, катализатор из микропористого материала, называемого цеолитом, который содержит наночастицы кобальта, может избирательно расщеплять различные молекулы пластиковых полимеров и превращать более 80 процентов из них в пропан.

Хотя цеолиты пронизаны крошечными порами шириной менее нанометра (что соответствует ширине полимерных цепей), логическим предположением было то, что между цеолитом и полимерами вообще будет мало взаимодействия. Удивительно, однако, что дело обстоит наоборот: полимерные цепи не только входят в поры, но и синергетическая работа между кобальтом и кислотными центрами цеолита может разорвать цепь в той же точке. Оказалось, что этот сайт расщепления соответствует отщеплению ровно одной молекулы пропана без образования нежелательного метана, оставляя остальные более длинные углеводороды готовыми подвергаться этому процессу снова и снова.

«После того, как у вас появится одно соединение — пропан, — вы уменьшите нагрузку на последующие сепарации», — говорит Роман-Лешков. «В этом суть того, почему мы считаем это очень важным. Мы не только разрываем связи, но и создаем в основном один продукт», который можно использовать для множества различных продуктов и процессов.