Революционный метод переработки пластика с помощью влаги из воздуха

Ученые представили инновационный метод утилизации пластиковых отходов, который использует влагу из воздуха для расщепления полиэтилентерефталата (PET) - самого распространенного пластика в семействе полиэстеров.

Процесс начинается с недорогого катализатора, который разрушает связи в структуре PET. После этого материал просто подвергается воздействию окружающего воздуха, что превращает пластик в мономеры - базовые строительные блоки пластмасс. Исследователи считают, что эти мономеры можно перерабатывать или использовать для создания более ценных материалов.

"Особенно захватывающим в нашем исследовании является то, что мы использовали влагу из воздуха для расщепления пластика, достигая исключительно чистого и селективного процесса", - отметил Йоси Кратиш, соавтор исследования.

Исследователи использовали молибденовый катализатор и активированный уголь - оба компонента недорогие, распространенные и нетоксичные.

Для начала процесса они соединили PET с катализатором и активированным углем, а затем нагрели смесь. Полиэстеровые пластики состоят из больших молекул с повторяющимися единицами, соединенными химическими связями. За короткое время эти связи разрушаются.

Далее исследователи подвергли фрагментированный материал воздействию воздуха. С минимальным количеством влаги он превратился в терефталевую кислоту (TPA) - чрезвычайно ценный прекурсор для полиэстеров. Единственным побочным продуктом стал ацетальдегид - промышленный химикат, который легко удаляется и имеет коммерческую ценность.

"В среднем, даже в относительно сухих условиях, атмосфера содержит примерно 10 000-15 000 кубических километров воды", - рассказал Навин Малик, первый автор исследования. "Использование атмосферной влаги позволяет нам избежать использования растворителей, уменьшить энергопотребление и агрессивных химикатов, делая процесс более чистым и более экологичным".

Кратиш отметил, что система работала безупречно, но выходила из строя при добавлении лишней воды, поскольку избыток нарушал ее функционирование. Поддержание правильного баланса было решающим, и в конце концов, естественная влага в воздухе обеспечила идеальное количество.

ПЭТ-пластики, которые широко используются в пищевой упаковке и бутылках для напитков, составляют 12% мирового потребления пластика. Это основной источник пластикового загрязнения из-за устойчивости к естественному разложению. После использования он либо попадает на свалки, либо разлагается на микропластик или нанопластик, загрязняя сточные воды и водоемы.

Переработка пластика остается ключевым направлением исследований, но существующие методы часто полагаются на экстремальные условия - высокие температуры, интенсивное использование энергии и агрессивные растворители, продуцирующие токсичные побочные продукты.

Кроме того, катализаторы, такие как платина и палладий, являются дорогими и способствуют проблеме отходов. После завершения реакции исследователям необходимо отделить переработанные материалы от растворителей - процесс, который является трудоемким и энергоемким.

"Вместо использования растворителей мы использовали водяной пар из воздуха. Это гораздо более элегантный способ решения проблем переработки пластика", - сказал Кратиш.

Процесс является как быстрым, так и эффективным, восстанавливая 94% возможной терефталевой кислоты всего за четыре часа.

Катализатор не только прочный, но и пригоден для повторного использования, сохраняя свою эффективность при многократном применении. Кроме того, метод разработан для работы со смешанными пластиками, избирательно нацеливаясь на полиэстеры для переработки. Эта селективность устраняет потребность в предварительной сортировке, что дает значительное экономическое преимущество для индустрии переработки.

При тестировании на реальных материалах, таких как пластиковые бутылки, одежда и смешанные пластиковые отходы, процесс оставался высокоэффективным, даже разлагая цветные пластики на чистую, бесцветную терефталевую кислоту.

В дальнейшем исследователи стремятся масштабировать процесс для промышленного применения, обеспечивая его способность эффективно управлять большими объемами пластиковых отходов.

Исследование было недавно опубликовано в журнале Green Chemistry, издаваемом Королевским химическим обществом.

Больше новостей читайте на GreenPost.