Μια καινοτομία στην ανακύκλωση πλαστικών, η οποία παρουσιάστηκε στη φθινοπωρινή συνάντηση της American Chemical Society στο Chicago, αυξάνει τη μετατροπή των πλαστικών αποβλήτων σε χρήσιμα προϊόντα, ενώ ταυτόχρονα χρησιμοποιεί λιγότερο από το πολύτιμο μέταλλο ρουθήνιο.
«Η βασική ανακάλυψη που αναφέρουμε είναι η πολύ χαμηλή ποσότητα μετάλλου που είναι απαραίτητο για τη διαδικασία της κατάλυσης. Αυτό κάνει τον καταλύτη πολύ φθηνότερο», δήλωσε ο χημικός του Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), Janos Szanyi, ο οποίος ηγήθηκε της ερευνητικής ομάδας.
Η νέα μέθοδος μετατρέπει πιο αποτελεσματικά τα πλαστικά σε πολύτιμα χημικά προϊόντα, μια διαδικασία που ονομάζεται «αναβαθμιστική ανακύκλωση» ή upcycling. Επιπλέον, σε σύγκριση με άλλες αναφερόμενες μεθόδους, παράγει πολύ λιγότερο μεθάνιο, ένα ανεπιθύμητο αέριο του θερμοκηπίου, ως υποπροϊόν.
«Ήταν πολύ ενδιαφέρον για εμάς ότι δεν είχε δημοσιευθεί τίποτα στο παρελθόν που να δείχνει αυτό το αποτέλεσμα. Αυτή η έρευνα καταδεικνύει την ευκαιρία να αναπτυχθούν αποτελεσματικοί, επιλεκτικοί και ευέλικτοι καταλύτες για την ανακύκλωση πλαστικών», εξηγεί ο μεταδιδακτορικός ερευνητής Linxiao Chen, ο οποίος παρουσίασε την έρευνα στο επιστημονικό περιοδικό ACS Catalysis.
Δειτε ακομη
Λιγότερο μέταλλο επιτυγχάνει περισσότερα
Τα πλαστικά απόβλητα με βάση το πετρέλαιο αποτελούν μια αναξιοποίητη πηγή χημικών ουσιών με βάση τον άνθρακα που μπορούν να χρησιμεύσουν ως πρώτη ύλη για χρήσιμα, ανθεκτικά υλικά και καύσιμα. Ελάχιστο πλαστικό ανακυκλώνεται αυτή τη στιγμή κυρίως για οικονομικούς και πρακτικούς λόγους. Ωστόσο, οι επιστήμονες του PNNL προσπαθούν να αλλάξουν αυτή τη δυναμική, εφαρμόζοντας την τεχνογνωσία τους για την αποτελεσματική διάσπαση των χημικών δεσμών.
Είναι γνωστό ότι η προσθήκη υδρογόνου -μια αντίδραση γνωστή ως υδρογονόλυση- σε πλαστικά που είναι δύσκολο να ανακυκλωθούν, όπως το πολυπροπυλένιο και το πολυαιθυλένιο, είναι μια πολλά υποσχόμενη στρατηγική για τη μετατροπή των πλαστικών αποβλήτων σε υδρογονάνθρακες μικρής αλυσίδας και υψηλής προστιθέμενης αξίας. Αυτή η διαδικασία απαιτεί αποτελεσματικούς και επιλεκτικούς καταλύτες για να είναι οικονομικά εφικτή. Αυτό ακριβώς ερυνούν οι επιστήμονες του PNNL.
Η ερευνητική ομάδα ανακάλυψε ότι η μείωση της ποσότητας του πολύτιμου μετάλλου ρουθηνίου βελτίωσε πραγματικά την αποτελεσματικότητα και την επιλεκτικότητα ανακύκλωσης του πολυμερούς. Σε σχετική έρευνα που δημοσιεύθηκε πρόσφατα στο ACS Catalysis, έδειξε ότι η βελτίωση της απόδοσης συνέβη όταν η χαμηλή αναλογία μετάλλου προς το υλικό υποστήριξης, προκάλεσε τη μετατόπιση της δομής από μια σειρά σωματιδίων με υψηλό βαθμός τάξης σε ένα άτακτο συνονθύλευμα ατόμων.
Παγιδευμένα άτομα
Η εμπειρία του PNNL στους μονοατομικούς καταλύτες βοήθησε την ομάδα να καταλάβει γιατί η μικρότερη ποσότητα μετάλλου είναι πιο αποδοτική. Η ερευνητική ομάδα παρατήρησε τη μετάβαση στην αταξία σε μοριακό επίπεδο και στη συνέχεια χρησιμοποίησε την υφιστάμενη θεωρία για να δείξει ότι οι μονοατομικοί καταλύτες είναι στην πραγματικότητα αποτελεσματικότεροι.
Η εργασία βασίζεται στην έρευνα για την παγίδευση ατόμων και τους μονοατομικούς καταλύτες από τον Yong Wang, καθηγητή χημικής μηχανικής στο Washington State University στο Pullman και συνεργάτη του εργαστηρίου PNNL. «Έγινε μεγάλη προσπάθεια από απόψη τεχνολογίας των υλικών για να κατανοήσουμε πώς μεμονωμένα άτομα ή πολύ μικρά clusters ατόμων μπορούν να έχουν ως αποτέλεσμα αποτελεσματικούς καταλύτες», είπε ο Gutiérrez.
Στη δημοσίευση, ο Chen περιέγραψε επίσης νέες ερυενητικές προσπάθειες της ομάδας σε σχέση με το ρόλο του υλικού υποστήριξης στη βελτίωση της αποτελεσματικότητας του συστήματος. «Έχουμε ερευνήσει φθηνότερα και πιο εύκολα διαθέσιμα υλικά υποστήριξης για να αντικαταστήσουμε το οξείδιο του δημητρίου», δήλωσε ο Chen. «Βρήκαμε ότι ένα χημικά τροποποιημένο οξείδιο του τιτανίου μπορεί να οδηγήσει σε μια πιο αποτελεσματική και επιλεκτική διαδικασία για την ανακύκλωση πολυπροπυλενίου».
Διαχείριση του χλωρίου
Για να γίνει η μέθοδος πρακτική για χρήση με μικτά ρεύματα πλαστικών, η ερευνητική ομάδα διερευνά τώρα την επίδραση της ύπαρξης χλωρίου στην αποτελεσματικότητα της χημικής μετατροπής. «Διερευνούμε πιο απαιτητικές συνθήκες μετατροπής. Όταν δεν έχετε ένα καθαρό πλαστικών σε μια βιομηχανική διαδικασία ανακύκλωσης, έχετε χλώριο που προέρχεται από πολυβινυλοχλωρίδια και άλλες πηγές. Το χλώριο μπορεί να μολύνει την αντίδραση ανακύκλωσης του πλαστικού. Θέλουμε να καταλάβουμε τι επίδραση έχει το χλώριο στο σύστημα μας», δήλωσε ο χημικός Oliver Y. Gutiérrez, ειδικός σε βιομηχανικές εφαρμογές κατάλυσης.
Ως αποτέλεσμα της έρευνας του PNNL, η κατανόηση των δυνατοτήτων αλλά και των περιορισμών του συστήματος μπορεί να βοηθήσει στη μετατροπή των πλαστικών αποβλήτων, που συνήθως θα κατέληγαν σε χωματερές, σε χρήσιμα προϊόντα.
Με πληροφορίες από TheBrighterSide.news
