Наночастицы разжижают пластиковые отходы
Благодаря наночастицам для извлечения сырья из пластиковых отходов требуется гораздо меньше энергии. Чтобы продемонстрировать принцип, две рабочие группы разжижают предметы повседневного обихода.
Пакет из-под продуктов и пустая пластиковая бутылка стали первыми жертвами нового метода разжижения пластиковых отходов. В начале 2021 года две рабочие группы описали, как металлический рутений можно использовать для преобразования наиболее распространенных пластиков обратно в бензиноподобную жидкость - и с гораздо меньшими затратами энергии, чем раньше. Суть технологии заключается в том, что длинные полимерные цепи пластмасс, известных как полиолефины, реагируют с водородом при относительно низких температурах и, таким образом, распадаются на более мелкие молекулы. В результате молекулярные цепи пластика распадаются на более короткие жидкие или газообразные молекулы, которые подходят в качестве растворителей, промышленного сырья или топлива.
Процедуры различаются только типом ускорителя реакции. В «JACS Au» команда под руководством Юрия Романа-Лешкова из Массачусетского технологического института сообщает, как наночастицы палладия, прикрепленные к коммерчески доступному углеродному носителю, разрушают пластиковую бутылку из полиэтилена. В публикации Кейичи Томисигэ и его группы из Университета Тохоку в книге «Прикладной катализ B: Окружающая среда» диоксид церия, абразивный порошок, содержит наночастицы рутения, которые разлагают полиэтиленовый пакет. Оба процесса работают при температуре 200 градусов Цельсия, что значительно ниже, чем в других процессах, требующих температуры от 300 до 800 градусов Цельсия.
Большая проблема с пластиковыми отходами заключается в том, что обычно это сильно загрязненная смесь, которая делает очистку и сортировку слишком трудоемкими. Таким образом, возможным решением является химическая переработка: длинные цепочки пластика разбиваются на смеси более коротких молекул, а затем разделяются и очищаются крупномасштабными методами. Например, смешанные пластиковые отходы могут быть разложены простым нагреванием. Но это требует много энергии, поэтому такая переработка не будет особенно устойчивой и слишком дорогой.
Вот почему специалисты ищут катализаторы - вспомогательные вещества, позволяющие протекать таким реакциям разложения в более мягких условиях. Самой большой проблемой здесь являются полиолефины. Пластмассы, такие как полиэтилен и полипропилен, просты в производстве и обработке, дешевы и могут целенаправленно приобретать желаемые свойства. Вот почему они являются предпочтительным пластиком для многих применений, особенно для упаковки, и на их долю приходится более половины всех производимых пластиков. Кроме того, они состоят из непрерывных цепочек атомов углерода и поэтому достаточно стабильны.
Поэтому ведутся поиски методов химического разложения таких полиолефинов. Одной из реакций, которая может разорвать их устойчивые углерод-углеродные связи, является расщепление водорода. Однако это не происходит само по себе. Вам нужен вспомогательный агент, который сближает молекулярную цепь и водород, а также выманивает электроны в задействованных связях из их нормального положения, чтобы их можно было легче реорганизовать. Наночастицы рутения могут сделать это, но можно ли добиться того, что катализаторы сделали с мешком и бутылкой, с их миллионами?