Ученые из США разработали катализатор для преобразования переработки пластика
Ученые из Северо-Западного университета объявили о разработке катализатора на основе никеля, который может произвести революцию в переработке пластика, устранив необходимость трудоемкой сортировки, и превращая одноразовые отходы в ценные продукты, передает агентство Kazinform.
Исследование, опубликованное в журнале Nature Chemistry, представляет новый процесс апсайклинга, который избирательно разлагает полиолефины — полиэтилен и полипропилен, составляющие почти две трети мирового потребления пластика, в масло, воск и топливо.
— Одним из самых больших препятствий в переработке пластика всегда была необходимость тщательно сортировать отходы по типу, — отметил профессор Тобин Маркс, старший автор исследования. — Наш новый катализатор позволяет обойти этот дорогостоящий и трудоемкий этап для распространённых полиолефинов, делая переработку более эффективной, практичной и экономически целесообразной по сравнению с нынешними стратегиями.
Новый метод предназначен для преобразования малоценных твердых отходов в более ценные продукты. Важно, что катализатор также работает с пластиками, загрязнёнными поливинилхлоридом (ПВХ) — полимером, который обычно нарушает процессы переработки. Примечательно, но ПВХ даже ускорил активность катализатора.
— Добавлять ПВХ в смесь для переработки всегда было запрещено, — пояснил доктор Йоси Кратиш, соавтор статьи. — Но, как оказалось, он только улучшает наш процесс. Это безумие. Никто определённо не ожидал такого эффекта.
Решение глобальной проблемы
Полиолефины являются наиболее широко используемыми пластиками в мире: они используются в упаковке пищевых продуктов, бутылках, одноразовой посуде и предметах домашнего обихода. Ежегодно промышленность производит более 220 миллионов тонн таких материалов, но уровень их переработки по всему миру остается низким — всего от 1% до 10%. Их химическая структура, основанная на прочных углерод-углеродных связях, чрезвычайно затрудняет их переработку.
— Когда люди думают о пластике, скорее всего они думают именно о полиолефинах, — пояснил Кратиш. — Практически всё в вашем холодильнике сделано из них. Если у нас не будет эффективного способа переработки, они окажутся на свалках или в окружающей среде, где десятилетиями будут разлагаться на вредный микропластик.
Чтобы решить эту проблему, команда Северо-Западного университета обратилась к методу гидрогенолиза — процессу, в котором водород и катализатор разрушают пластик до углеводородов. В отличие от существующих технологий, требующих высоких температур и дорогих благородных металлов вроде платины, новый подход использует распространенное на Земле соединение никеля в виде молекулярного «моноцентрового» катализатора (single-site molecular catalyst). Такая структура обеспечивает «хирургическую точность» в разрыве углерод-углеродных связей.
— По сравнению с другими катализаторами на основе никеля, в нашем процессе используется моноцентровой катализатор, который работает при температуре на 100 градусов ниже и при давлении водорода вдвое меньшем, — отметил Кратиш. — Мы также используем в 10 раз меньше катализатора, а наша активность в 10 раз выше. Мы выигрываем по всем параметрам.
Стабильность и промышленный потенциал
Катализатор показал исключительную стабильность, сохраняя активность даже в смесях с содержанием до 25% ПВХ. Более того, его можно многократно регенерировать с помощью простого и недорогого метода обработки. Это предлагает решение для отраслей, сталкивающихся с проблемой несортированных пластиковых отходов.
— Объёмы производства полиолефинов огромны, а мировые запасы благородных металлов крайне ограничены, — подчеркнул Цинхэн Лай, первый автор исследования. — Вот почему нас интересуют металлы, широко распространенные на Земле. Даже если бы мы использовали все благородные металлы, их всё равно не хватило бы для решения проблемы пластика.
Объединив доступность, эффективность и устойчивость, катализатор на основе никеля Северо-Западного университета может стать революционным решением в борьбе с одной из самых острых экологических проблем современности — пластиковыми отходами.
Ранее сообщалось, что объем пластиковых отходов может утроиться к 2060 году.
Оригинал материала на английском языке можно прочесть здесь.
