211service.com
Katalizatory do recyklingu tworzyw sztucznych
Plastikowa butelka wrzucona do kosza na surowce wtórne może zostać rozdrobniona i ponownie wykorzystana do wykonania swetra lub dywanu, ale nie zostanie zamieniona w kolejną butelkę z wodą. Przynajmniej nie do tej pory. Katalizatory opracowywane przez naukowców z IBM i Stanford mogą sprawić, że opłacalne będzie rozbicie politereftalanu etylenu (PET) na chemikalia składowe do ponownego wykorzystania jako butelki. Firma pracuje nad testowaniem swojego katalizatora do recyklingu PET na dużą skalę, aby ostatecznie opracować go do użytku przemysłowego.
Recykling tworzyw sztucznych: James Hedrick, naukowiec z IBM Almaden Research Center, opracowuje katalizatory, które pomagają w chemicznym recyklingu plastiku PET używanego do produkcji tych butelek.
Większość plastikowych butelek po napojach jest wykonana z PET, podobnie jak wszystko, co ma 1 znaczek recyklingu. Zazwyczaj plastik jest myty, mielony mechanicznie i mieszany z pierwotnym PET w celu wytworzenia polimeru, który nie nadaje się do pakowania, ale może być wykorzystany do wytwarzania produktów wtórnych, w tym ubrań i wykładzin.
W przypadku PET stosuje się recykling mechaniczny, a nie chemiczny, ponieważ rozkładanie polimeru na części chemiczne jest zbyt kosztowne, mówi Dennis Sabourin, dyrektor wykonawczy Krajowe Stowarzyszenie Zasobów Pojemników PET , organizacja handlowa. Istnieją dwie metody przeprowadzania reakcji chemicznej, mówi Sabourin, ale są one bardzo energochłonne i zostały porzucone ze względu na koszty. Nawet przy użyciu istniejących katalizatorów, aby wspomóc przebieg reakcji recyklingu, procesy te muszą być przeprowadzane w wysokich temperaturach i pod dużym ciśnieniem i zajmują dużo czasu. Jeśli nowe katalizatory odniosą choćby odrobinę sukcesu, byłaby to wielka wiadomość – mówi Sabourin.
Badacze IBM i Stanford, którzy opisali dziś swoją pracę w czasopiśmie Makrocząsteczki , opracowali kilka nowych katalizatorów, z których jeden może być wykorzystany do chemicznego recyklingu PET w krótkim czasie w temperaturze 75 ºC. PET składa się z dwóch surowców, z których jeden to kwas organiczny, a drugi glikol etylenowy, który jest stosunkowo niedrogi. Katalizator działa w roztworze glikolu etylenowego. Kiedy pocięte butelki z wodą są umieszczane w roztworze, katalizator powoduje, że kwas organiczny w plastiku reaguje z glikolem etylenowym w roztworze, tworząc PET o tej samej jakości, co początkowo używana do produkcji butelki.
Nowe katalizatory są wynikiem trwającego dekadę projektu badawczego w IBM, mającego na celu opracowanie lepszych sposobów wytwarzania polimerów stosowanych jako warstwa izolacyjna w chipach komputerowych. Warstwy te są tradycyjnie przygotowywane przy użyciu katalizatorów zawierających metal. Katalizatory metaliczne są bardzo aktywne, ale trudno je usunąć po zakończeniu reakcji, pozostawiając niewielkie zanieczyszczenia, które mogą jednak zakłócać działanie chipa. Te metalowe zanieczyszczenia mogą również zostać wypłukane, stając się zanieczyszczeniem środowiska, gdy chip zostanie zniszczony pod koniec jego żywotności. Usunięcie tego katalizatora jest kosztowne, więc zaczęliśmy szukać nowego sposobu wytwarzania polimerów, mówi James Hedrick, główny naukowiec w IBM Centrum Badawcze Almaden w San Jose w Kalifornii.
Badacze IBM zwrócili się w stronę katalizatorów organicznych, których konstrukcja jest podobna do enzymów biologicznych.
Katalizatory organiczne są tradycyjnie mocno krytykowane, ponieważ mają niską aktywność i duże ich ilości są wymagane, aby wspomóc reakcję, mówi Hedrick. Znaleźliśmy rodziny katalizatorów, które są tak samo aktywne jak katalizatory metaliczne, z których niektóre nadają się do pracy z materiałami izolacyjnymi na wióry, a niektóre mogą współpracować z PET. Badacze IBM współpracowali z grupą chemii obliczeniowej w firmie, aby modelować aktywność katalizatorów i zademonstrować je eksperymentalnie w laboratorium.
Katalizator recyklingu PET, rodzaj cząsteczki zwanej karbenem, został zainspirowany witaminą B1, mówi profesor chemii Stanford Robert Waymouth . Badacze ze Stanford i IBM domyślili się, że podobna mała cząsteczka organiczna może być dobra w katalizowaniu reakcji, które łączą estry, tworząc długie polimery.
Naukowcy IBM będą teraz współpracować z naukowcami z Miasto Króla Abdulaziza dla Nauki i Technologii w Arabii Saudyjskiej w celu przetestowania chemicznego recyklingu PET na większą skalę. Musimy sprawdzić, czy to, co odkryliśmy w laboratorium, może zadziałać w dużych reaktorach, mówi Waymouth. We wstępnych testach skupią się na rozbiciu polimeru na jego składniki. Jednak firma osiągnęła również dobre wyniki, wykorzystując swoje katalizatory organiczne do depolimeryzacji PET w celu wytworzenia specjalistycznych materiałów, takich jak surowce do wysokowytrzymałych tworzyw sztucznych, które są bardziej wartościowe, ale są drogie w produkcji innymi sposobami. Zaczynasz od śmieci i budujesz je z powrotem w bardziej wartościowe materiały, mówi Roberta Allena , starszy menedżer ds. zaawansowanej chemii materiałów w IBM Almaden.