В целях снижения негативного воздействия на окружающую среду, связанного как с производством, так и с утилизацией пластмассовых материалов, ученые представили новый метод вторичной переработки. Данная технология позволяет превратить один известный вид пластмассы в другой. По словам специалистов, они уже располагают средствами для масштабирования и внедрения своей технологии. По оценкам команды, новая методика может привести к значительному сокращению глобальных выбросов парниковых газов.
Дамьен Гиронне и магистранты Ванесса ДаСильва и Николас Ванг из Университета Иллинойса Урбана-Шампейн протестировали новый многообещающий процесс переработки пластика. Heather Coit/The Grainger College of Engineering, University of Illinois Urbana-Champaign
Как и большинство других экспертов в этой области, авторы данного проекта пытались разработать систему циркулярного использования пластмасс. Благодаря более совершенным технологиям переработки все большее количество пластика может быть переработано в новые ценные продукты, и данная работа знаменует собой многообещающий шаг вперед в этом направлении.
Команда приступила к исследованию самого распространенного в мире пластика, а именно полиэтилена (ПЭ), на долю которого приходится около 29% мирового потребления пластмасс. С помощью катализатора из материала был удален водород. Таким образом, в цепи молекул образовалось реакционноспособный фрагмент. Затем другой катализатор расщепил молекулы на этом участке и замкнул открытые концы. Под действием третьего катализатора реактивный фрагмент перемещается вдоль цепи, и процесс повторяется. В результате остаются молекулы пропилена, которые служат строительными блоками для изготовления второго по популярности в мире пластика - полипропилена (ПП).
"Представьте, что вы разрезаете багет пополам, а затем отрезаете от конца каждой половинки кусочки нужного размера - при этом скорость, с которой вы режете хлеб, определяет размер каждого кусочка", - рассказывает ведущий специалист Дамьен Гиронне.
Кроме того, ученые построили специальный реактор, который обеспечивает непрерывную подачу пропилена для ускоренной конверсии в полипропилен. По словам специалистов, процесс может быть легко масштабирован с помощью существующей технологии, при этом они надеются еще больше повысить эффективность благодаря разработке более быстрых и эффективных катализаторов.
"Мы провели предварительный анализ, и обнаружили, что эффект от переработки всего 20% мирового полиэтилена подобным способом можно сравнить с потенциальным удалением с автодорог 3 миллионов автомобилей", - считает Гарретт Стронг, магистрант, участвующий в проекте.
Аннотация к научной статье
Учёные представили экспериментальную демонстрацию недавно предложенной стратегии тандемного катализа, которая использует этилен для преобразования ПЭ в пропилен, товарный мономер, используемый для производства ПП. Этот подход сочетает в себе быстрый метатезис олефинов с ограничивающей скорость изомеризацией. Мононенасыщенный ПЭ постепенно расщепляется при умеренных температурах посредством нескольких последовательных процессов этенолиза, в результате чего селективно получается пропилен. Полностью насыщенный ПЭ может быть преобразован в ненасыщенный ПЭ. Процесс начинается с однократного дегидрирования переноса в этилен, при этом образуется небольшое количество этана . Демонстрация этих принципов осуществляется с использованием как гомогенных, так и гетерогенных катализаторов. В то время как селективность в условиях периодического процесса ограничена при высокой конверсии образованием равновесной смеси олефинов, высокая селективность по пропилену (≥94%) достигается в полунепрерывном процессе за счет непрерывного удаления пропилена из реакционной смеси
Результаты данного проекта были представлены в научном издании Journal of the American Chemical Society.
Источники: University of Illinois Urbana-Champaign, Journal of the American Chemical Society, Journal New Atlas
1. (https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c07781)
2. (https://chbe.illinois.edu/news/stories/plastic-upcycling-JACS-2022)
3. (https://newatlas.com/materials/recycling-breakthrough-common-plastics/)
