Может ли этот новый процесс наконец превратить полиэтиленовые пакеты и пластик во что-то полезное?

Полиэтиленовые пластмассы, в частности вездесущий пластиковый пакет, который портит ландшафт, как известно, трудно перерабатывать. Они прочные, их трудно сломать, а если их вообще перерабатывают, то расплавляют в полимерную смесь, пригодную в основном для изготовления настилов и других недорогих продуктов.

Но новый процесс, разработанный в Калифорнийском университете в Беркли и Национальной лаборатории Лоуренса Беркли (Лаборатория Беркли), может все это изменить. В этом процессе используются катализаторы для разрушения длинных полимеров полиэтилена (ПЭ) на однородные куски — трехуглеродные молекулы пропилена — которые являются сырьем для производства других типов высококачественного пластика, таких как полипропилен.

Этот процесс, который, по общему признанию, находится на ранних стадиях разработки, превратит отходы — не только пластиковые пакеты и упаковку, но и все типы пластиковых бутылок из полиэтилена — в основной продукт, пользующийся высоким спросом. Предыдущие методы разрыва цепей полиэтилена требовали высоких температур и давали смеси компонентов, пользующихся гораздо меньшим спросом. Новый процесс может не только снизить потребность в производстве ископаемого топлива пропилена, часто называемого пропеном, но также помочь удовлетворить в настоящее время неудовлетворенную потребность индустрии пластмасс в большем количестве пропилена.

«Поскольку полиэтиленовые пластмассы перерабатываются, многие из них превращаются в низкосортные материалы. Вы не можете взять пластиковый пакет, а затем сделать из него другой пластиковый пакет с такими же свойствами», — сказал Джон Хартвиг, заведующий кафедрой органической химии имени Генри Рапопорта в Калифорнийском университете в Беркли. «Но если вы сможете разобрать этот полимерный мешок обратно на мономеры, разбить его на мелкие кусочки и повторно полимеризовать, то вместо того, чтобы вытягивать больше углерода из земли, вы будете использовать его в качестве источника углерода для создания других вещей — например, полипропилен. Мы бы использовали меньше сланцевого газа для этой цели или для других применений пропена, а также для заполнения так называемого пропиленового дефицита».

Полиэтиленовые пластмассы составляют около трети всего мирового рынка пластмасс, при этом более 100 миллионов тонн ежегодно производится из ископаемого топлива, включая природный газ, полученный методом гидроразрыва пласта, часто называемый сланцевым газом.

Несмотря на программы переработки — изделия из полиэтилена, подлежащие вторичной переработке, обозначаются номерами пластика 2 и 4 — переработке подвергается лишь около 14 процентов всех изделий из полиэтилена. Из-за своей стабильности полиэтиленовые полимеры трудно разложить на составные части или деполимеризовать, поэтому большая часть переработки включает в себя его плавление и формование в другие продукты, такие как садовая мебель, или сжигание в качестве топлива.

Деполимеризация полиэтилена и превращение его в пропилен — это способ вторичной переработки, то есть производства более ценных продуктов из практически нулевых отходов при одновременном сокращении использования ископаемого топлива.

Хартвиг ​​и его коллеги опубликуют подробности своего нового каталитического процесса на этой неделе в журнале Science.

Хартвиг ​​специализируется на использовании металлических катализаторов для внедрения необычных и реакционноспособных связей в углеводородные цепи, большинство из которых основаны на нефти. Затем к этим реакционноспособным связям могут быть добавлены новые химические группы с образованием новых материалов. Углеводородный полиэтилен, который обычно представляет собой полимерную цепочку, состоящую примерно из 1000 молекул этилена (каждый этилен состоит из двух атомов углерода и четырех атомов водорода), поставил перед его командой сложную задачу из-за своей общей нереакционности.

Получив грант Министерства энергетики США на исследование новых каталитических реакций, Хартвиг ​​и аспиранты Стивен Ханна и Ричард Дж. «Р.Дж.» Конк пришли к идее разорвать две углерод-водородные связи в полиэтилене с помощью катализатора. иридиевого катализатора, а позднее и платино-оловянных и платино-цинковых катализаторов — для создания реакционноспособной двойной связи углерод-углерод, которая послужит ахиллесовой пятой. Имея эту брешь в броне углеродно-водородных связей полимера, они могли бы затем распутать полимерную цепь путем реакции с этиленом и двумя дополнительными катализаторами, которые реагируют совместно.