Новая технология вторичной переработки пластика

Концепция переработки пластика

Пластиковые отходы однажды могут быть переработаны в полезные химические вещества вместо того, чтобы попадать в окружающую среду.

Новая технология может перенаправлять проблемные пластмассы со свалок и превращать их в источники топлива.

Инновация в области переработки пластмасс, которая делает больше с меньшими затратами, одновременно повышает конверсию в полезные продукты при меньшем использовании драгоценного металла рутения. Он будет представлен сегодня (22 августа 2022 г.) на осеннем собрании Американского химического общества в Чикаго.

«Ключевым открытием, о котором мы сообщаем, является очень низкое содержание металлов», — сказал химик Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (PNNL) Янош Шаньи, возглавлявший исследовательскую группу. «Это делает катализатор намного дешевле».

Новый метод более эффективно превращает пластмассы в ценные товарные химические вещества — процесс, называемый «апсайклингом». Кроме того, он производит гораздо меньше метана, нежелательного парникового газа, в качестве побочного продукта по сравнению с другими известными методами.

«Нам было очень интересно, что ранее ничего не было опубликовано, показывающее этот результат», — сказал научный сотрудник с докторской степенью Линсяо Чен, который представил исследование в ACS. «Это исследование показывает возможность разработки эффективных, селективных и универсальных катализаторов для вторичной переработки пластика».

Что такое переработка пластика

Переработка пластика дает возможность повторно использовать углеродные отходы, которые в настоящее время загромождают свалки и пляжи.

Меньше металла — больше в переработке пластика

Пластиковые отходы на нефтяной основе представляют собой неиспользованный источник химических веществ на основе углерода, которые могут служить исходным материалом для полезных долговечных материалов и топлива. Несмотря на обильные запасы в мусорных баках, в настоящее время перерабатывается очень мало пластика, в основном по экономическим и практическим причинам. Однако исследователи PNNL пытаются изменить динамику, применяя свой опыт в эффективном разрыве химических связей.

Хорошо известно, что добавление водорода (реакция, известная как гидрогенолиз) к трудно перерабатываемым пластикам, таким как полипропилен и полиэтилен, представляет собой многообещающую стратегию преобразования пластиковых отходов в небольшие углеводороды с добавленной стоимостью.

Но этот процесс требует эффективных и селективных катализаторов, чтобы сделать его экономически целесообразным.

Вот где преуспело это недавнее исследование под руководством PNNL.

Группа ученых обнаружила, что уменьшение количества рутения в драгоценном металле фактически повышает эффективность и селективность повторного использования полимера. В исследовании, недавно опубликованном в журнале ACS Catalysis, они показали, что повышение эффективности произошло, когда низкое соотношение металла и несущей структуры заставило структуру перейти от упорядоченного массива частиц к неупорядоченным плотам атомов.

Захваченные атомы

Опыт работы PNNL в области одноатомных катализаторов помог команде понять, почему чем меньше, тем лучше. Исследователи наблюдали переход к беспорядку на молекулярном уровне, а затем использовали устоявшуюся теорию, чтобы показать, что отдельные атомы на самом деле являются более эффективными катализаторами в этой экспериментальной работе.

Работа основана на исследованиях в области улавливания атомов и одноатомных катализаторов , проведенных Йонгом Ваном, профессором химического машиностроения в Университете штата Вашингтон, Пуллманом, и научным сотрудником лаборатории PNNL.

«С точки зрения материалов было приложено много усилий, чтобы попытаться понять, как отдельные атомы или очень маленькие кластеры могут создавать эффективные катализаторы», — сказал Гутьеррес.

В ACS Чен также рассказал о новой работе, в которой исследуется роль вспомогательного материала в повышении эффективности системы.

«Мы исследовали более дешевые и легкодоступные вспомогательные материалы для замены оксида церия», — сказал Чен. «Мы обнаружили, что химически модифицированный оксид титана может обеспечить более эффективный и селективный путь вторичной переработки полипропилена».

Учимся переносить хлор

• Чтобы сделать этот метод практичным для использования со смешанными потоками переработки пластика, исследователи в настоящее время изучают, как присутствие хлора влияет на эффективность химической конверсии.
• «Мы изучаем более сложные условия экстракции», — сказал химик Оливер Ю. Гутьеррес, эксперт в области промышленного применения катализа.
• «Когда у вас нет чистого источника пластика, в процессе промышленной переработки у вас есть хлор из поливинилхлорида и других источников. Хлор может загрязнить реакцию вторичной переработки пластика. Мы хотим понять, какое влияние хлор оказывает на нашу систему».
• Теперь это фундаментальное понимание может помочь превратить пластиковые отходы, которые обычно загрязняют окружающую среду, в полезные продукты.

Исследование было поддержано Министерством энергетики, Управлением науки. В этом исследовании также использовались ресурсы Advanced Photon Source, пользовательского объекта Office of Science, управляемого для Министерства энергетики Аргоннской национальной лабораторией.

Источник

Метки: Катализаторы