Простой выход. Распространенный металл может решить глобальную проблему переработки пластика

В исследовании, опубликованном в журнале Nature Chemistry, описан новый, недорогой катализатор на основе никеля, избирательно разлагающий полиолефиновые пластики.

Полиолефины, состоящие из полиэтиленов и полипропиленов, составляют почти две трети мирового потребления пластика. Эти материалы используются для производства одноразовых изделий, таких как бутылки, пакеты, пищевая пленка и посуда. По словам исследователей, новый катализатор позволит перерабатывающим предприятиям работать с большими объемами несортированных полиолефиновых отходов, превращая их в более ценные продукты, такие как масла, топливо и воски.

Один из авторов исследования, профессор Тобин Маркс, отметил, что самым большим препятствием в переработке всегда была необходимость тщательной сортировки пластика по типу. «Наш новый катализатор может обойти этот дорогостоящий и трудоемкий этап, сделав переработку более эффективной и экономически выгодной», — подчеркнул он.

Сейчас существующие методы переработки полиолефина являются несовершенными. Один из них предусматривает измельчение и переплавку пластика, что требует тщательной сортировки из-за различных свойств материалов. Даже небольшое количество загрязнителей может испортить всю партию, и ее приходится отправлять на свалку. Другой метод — пиролиз — требует нагревания до чрезвычайно высоких температур, от 400 до 700 градусов Цельсия, что делает его чрезвычайно энергоемким.

Команда ученых во главе с профессором Марксом обратилась к процессу гидрогенолиза, где водород и катализатор используются для расщепления пластика на полезные углеводороды. Существующие методы гидрогенолиза требовали высоких температур и дорогих катализаторов из благородных металлов, таких как платина и палладий.

«Масштабы производства полиолефинов огромны, но мировые запасы благородных металлов очень ограничены, — пояснил исследователь Цинхен Лай, — Поэтому мы сосредоточились на металлах, распространенных на Земле».

Для своего катализатора команда выбрала катионный никель, синтезированный из коммерчески доступного соединения. В отличие от других катализаторов, разработанный учеными вариант имеет только один центр реакции, что позволяет ему действовать как «узкоспециализированный скальпель», избирательно разрезая прочные углерод-углеродные связи. Это позволяет эффективно разделять различные типы полиолефинов, когда они смешаны.

По словам Йоси Кратиша, еще одного соавтора исследования, новый катализатор работает при температуре на 100 градусов ниже, при вдвое меньшем давлении водорода и в 10 раз меньшем количестве катализатора, чем другие никелевые аналоги.

Кроме того, он оказался чрезвычайно устойчивым к загрязнению поливинилхлоридом (ПВХ), токсичным полимером, который обычно делает пластик «непригодным для переработки». Обычно при разложении ПВХ выделяется хлористый водород, который деактивирует катализаторы, но новый катализатор не только выдержал это загрязнение, но и активировал процесс переработки даже со смесью, содержащей 25% ПВХ.

«Добавление ПВХ в перерабатываемую смесь всегда было запрещено, — сказал Кратиш, — Но, очевидно, это делает наш процесс еще лучше. Такого точно никто не ожидал».

Эта разработка, поддержанная Министерством энергетики США и компанией Dow Chemical, может преодолеть одно из самых больших препятствий в переработке смешанного пластика и сделать этот процесс значительно более эффективным и экологичным.