Полиэтиленовый пластик лучше перерабатывать с помощью металлического трюка

3 октября 2022 г.

Эллен Фиддиан — научный журналист Cosmos. Она имеет степень бакалавра (с отличием) в области химии и научных коммуникаций, а также степень магистра в области научной коммуникации, полученные в Австралийском национальном университете.

Полиэтилен – один из самых распространенных видов пластика в мире.

Несмотря на то, что его легко сделать, его чертовски сложно снова сломать, что затрудняет повторное использование и переработку.

Но группа американских химиков придумала новый способ превращения полиэтилена в составные части – открытие, которое однажды может сделать его полностью круговым.

«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», — говорит профессор Джон Хартвиг, химик-металлорганик из Калифорнийского университета в Беркли, США.

Хартвиг ​​— старший автор статьи в журнале Science, описывающей, как длинная молекулярная цепь (полимер) полиэтилена может быть расщеплена на пропилен, также называемый пропеном: полезное сырье для множества различных целей.

«Если вы сможете вернуть этот полимерный мешок обратно к его мономерам, разбить его на мелкие кусочки и повторно полимеризовать, то вместо того, чтобы вытягивать больше углерода из земли, вы используете его в качестве источника углерода для производства других вещей — например, полипропилена. », — говорит Хартвиг.

«Мы бы использовали меньше сланцевого газа для этой цели или для других применений пропена, а также для заполнения так называемого пропиленового дефицита».

Полиэтилен состоит из атомов углерода, соединенных друг с другом в длинную цепь, при этом атомы водорода разветвляются в стороны.

Связь между атомами углерода – связь углерод-углерод – трудно разорвать, а еще труднее разорвать систематическим путем.

Инновация исследователей заключалась в использовании пары разных металлов для катализа двух разных реакций.

Первый основан на использовании катализатора из иридия или платины и цинка, который модифицирует прочную углерод-углеродную связь.

«Мы берем насыщенный углеводород (все одинарные связи углерод-углерод) и удаляем несколько молекул водорода из полимера, чтобы образовать двойные связи углерод-углерод, которые более реакционноспособны, чем одинарные связи углерод-углерод», — говорит Хартвиг.

«Несколько человек наблюдали за этим процессом, но никто не добился этого на настоящем полимере».

Затем исследователи обнаружили, что катализатор на основе палладия может атаковать эту связь и использовать ее для постепенного разрушения полимера с помощью вещества под названием этилен.

«Как только у нас появляется длинная цепь с двойной связью углерод-углерод на конце, наш катализатор берет эту двойную связь углерод-углерод и изомеризует ее, добавляя один углерод», — говорит Хартвиг.

«Этилен реагирует с этим исходным продуктом изомеризации, образуя пропилен и почти идентичный, только более короткий полимер с двойной связью на конце.

«А потом он делает то же самое снова и снова. Он делает один шаг вперед и раскалывается; входит, прикалывается; входит и расщепляется до тех пор, пока весь полимер не будет разрезан на трехуглеродные кусочки. С одного конца цепи он просто пережевывает цепь и выплевывает пропилены, пока цепочка не останется».

Им удалось преобразовать 80% полиэтилена в пропилен: маленькие молекулы с тремя атомами углерода в каждой.

Прежде чем этот процесс можно будет индустриализировать, предстоит еще много работы.

На данный момент, например, оба катализатора должны быть в жидкой форме – вместо этого исследователи надеются найти твердые катализаторы, потому что их легче использовать повторно.

Хартвиг ​​говорит, что эта технология «далека от коммерциализации».

«Но легко увидеть, как этот новый процесс превратит наибольшее количество пластиковых отходов в огромное химическое сырье — конечно, с дальнейшим развитием».

Первоначально опубликовано в журнале Cosmos под заголовком «Немного металла может превратить неприятный пластик в экологичное сырье».

Никогда еще не было более важного времени, чтобы объяснять факты, ценить научно обоснованные знания и демонстрировать последние научные, технологические и инженерные достижения. «Космос» издается Королевским институтом Австралии, благотворительной организацией, призванной связывать людей с миром науки. Финансовые взносы, большие или маленькие, помогают нам обеспечить доступ к достоверной научной информации в то время, когда мир в ней больше всего нуждается. Пожалуйста, поддержите нас, сделав пожертвование или купив подписку сегодня.