Революційний метод переробки пластику за допомогою вологи з повітря

Науковці представили інноваційний метод утилізації пластикових відходів, який використовує вологу з повітря для розщеплення поліетилентерефталату (PET) – найпоширенішого пластику в родині поліестерів.

Процес починається з недорогого каталізатора, який руйнує зв'язки в структурі PET. Після цього матеріал просто піддається впливу навколишнього повітря, що перетворює пластик на мономери – базові будівельні блоки пластмас. Дослідники вважають, що ці мономери можна переробляти або використовувати для створення більш цінних матеріалів.

"Особливо захоплюючим у нашому дослідженні є те, що ми використали вологу з повітря для розщеплення пластику, досягаючи винятково чистого та селективного процесу", – зазначив Йосі Кратіш, співавтор дослідження.

Дослідники використовували молібденовий каталізатор та активоване вугілля – обидва компоненти недорогі, поширені та нетоксичні.

Для початку процесу вони поєднали PET з каталізатором та активованим вугіллям, а потім нагріли суміш. Поліестерові пластики складаються з великих молекул з повторюваними одиницями, з'єднаними хімічними зв'язками. За короткий час ці зв'язки руйнуються.

Далі дослідники піддали фрагментований матеріал впливу повітря. З мінімальною кількістю вологи він перетворився на терефталеву кислоту (TPA) – надзвичайно цінний прекурсор для поліестерів. Єдиним побічним продуктом став ацетальдегід – промисловий хімікат, який легко видаляється і має комерційну цінність.

"У середньому, навіть у відносно сухих умовах, атмосфера містить приблизно 10 000-15 000 кубічних кілометрів води", – розповів Навін Малік, перший автор дослідження. "Використання атмосферної вологи дозволяє нам уникнути використання розчинників, зменшити енергоспоживання та агресивних хімікатів, роблячи процес чистішим і більш екологічним".

Кратіш зазначив, що система працювала бездоганно, але виходила з ладу при додаванні зайвої води, оскільки надлишок порушував її функціонування. Підтримка правильного балансу була вирішальною, і зрештою, природна волога в повітрі забезпечила ідеальну кількість.

PET-пластики, які широко використовуються в харчовій упаковці та пляшках для напоїв, складають 12% світового споживання пластику. Це основне джерело пластикового забруднення через стійкість до природного розкладання. Після використання він або потрапляє на звалища, або розкладається на мікропластик чи нанопластик, забруднюючи стічні води та водойми.

Переробка пластику залишається ключовим напрямком досліджень, але існуючі методи часто покладаються на екстремальні умови – високі температури, інтенсивне використання енергії та агресивні розчинники, що продукують токсичні побічні продукти.

Крім того, каталізатори, як-от платина та паладій, є дорогими і сприяють проблемі відходів. Після завершення реакції дослідникам необхідно відокремити перероблені матеріали від розчинників – процес, який є трудомістким та енергоємним.

"Замість використання розчинників ми використовували водяну пару з повітря. Це набагато елегантніший спосіб вирішення проблем переробки пластику", – сказав Кратіш.

Процес є як швидким, так і ефективним, відновлюючи 94% можливої терефталевої кислоти всього за чотири години.

Каталізатор не лише міцний, але й придатний для повторного використання, зберігаючи свою ефективність при багаторазовому застосуванні. Крім того, метод розроблений для роботи зі змішаними пластиками, вибірково націлюючись на поліестери для переробки. Ця селективність усуває потребу в попередньому сортуванні, що надає значну економічну перевагу для індустрії переробки.

При тестуванні на реальних матеріалах, таких як пластикові пляшки, одяг та змішані пластикові відходи, процес залишався високоефективним, навіть розкладаючи кольорові пластики на чисту, безбарвну терефталеву кислоту.

Надалі дослідники прагнуть масштабувати процес для промислового застосування, забезпечуючи його здатність ефективно управляти великими обсягами пластикових відходів.

Дослідження було нещодавно опубліковано в журналі Green Chemistry, що видається Королівським хімічним товариством.

Більше новин читайте на GreenPost.