Простий вихід. Поширений метал може розв’язати глобальну проблему перероблення пластику
Нікель допоможе перероблювати пластик (Фото: pixabay)
Хіміки Північно-Західного університету представляють інноваційний процес переробки пластику, який може значно скоротити або навіть скасувати етап попереднього сортування відходів.
У дослідженні, опублікованому в журналі Nature Chemistry, описано новий, недорогий каталізатор на основі нікелю, що вибірково розкладає поліолефінові пластики.
Поліолефіни, що складаються з поліетиленів та поліпропіленів, становлять майже дві третини світового споживання пластику. Ці матеріали використовують для виробництва одноразових виробів, таких, як пляшки, пакети, харчова плівка та посуд. За словами дослідників, новий каталізатор дозволить переробним підприємствам працювати з великими обсягами несортованих поліолефінових відходів, перетворюючи їх на цінніші продукти, такі, як мастила, паливо та воски.
Один з авторів дослідження, професор Тобін Маркс, зазначив, що найбільшою перешкодою в переробці завжди була необхідність ретельного сортування пластику за типом. «Наш новий каталізатор може обійти цей дорогий і трудомісткий етап, зробивши переробку ефективнішою та економічно вигідною», — підкреслив він.
Наразі чинні методи переробки поліолефіну є недосконалими. Один із них передбачає подрібнення та переплавлення пластику, що вимагає ретельного сортування через різні властивості матеріалів. Навіть невелика кількість забруднювачів може зіпсувати всю партію, і її доводиться відправляти на сміттєзвалище. Інший метод — піроліз — вимагає нагрівання до надзвичайно високих температур, від 400 до 700 градусів Цельсія, що робить його надзвичайно енергоємним.
Команда вчених на чолі з професором Марксом звернулася до процесу гідрогенолізу, де водень і каталізатор використовують для розщеплення пластику на корисні вуглеводні. Наявні методи гідрогенолізу потребували високих температур і дорогих каталізаторів із благородних металів, таких як платина і паладій.
«Масштаби виробництва поліолефінів величезні, але світові запаси благородних металів дуже обмежені, — пояснив дослідник Цінхен Лай. — Тому ми зосередилися на металах, поширених на Землі».
Для свого каталізатора команда обрала катіонний нікель, синтезований із комерційно доступної сполуки. На відміну від інших каталізаторів, розроблений ученими варіант має лише один центр реакції, що дає йому змогу діяти як «вузькоспеціалізований скальпель», вибірково розрізаючи міцні вуглець-вуглецеві зв’язки. Це дозволяє ефективно розділяти різні типи поліолефінів, коли вони змішані.
За словами Йосі Кратіша, ще одного співавтора дослідження, новий каталізатор працює при температурі на 100 градусів нижчій, при вдвічі меншому тиску водню і в 10 разів меншій кількості каталізатора, ніж інші нікелеві аналоги.
Крім того, він виявився надзвичайно стійким до забруднення полівінілхлоридом (ПВХ), токсичним полімером, який зазвичай робить пластик «непридатним для переробки». Зазвичай при розкладанні ПВХ виділяється хлористий водень, який деактивує каталізатори, але новий каталізатор не тільки витримав це забруднення, але й активував процес переробки навіть із сумішшю, що містить 25% ПВХ.
«Додавання ПВХ у перероблювану суміш завжди було заборонено, — сказав Кратіш. — Але, очевидно, це робить наш процес ще кращим. Такого точно ніхто не очікував».
Ця розробка, підтримана Міністерством енергетики США та компанією Dow Chemical, може подолати одну з найбільших перешкод у переробці змішаного пластику і зробити цей процес значно ефективнішим та екологічнішим.
