Metalionkatalysatorer og brintoverilte kan gøre plastproduktionen grønnere

Forskere ved University of Illinois bidrager til udviklingen af ​​mere miljøvenlige katalysatorer til produktion af plast- og harpiksforstadier, der ofte stammer fra fossile brændstoffer. Nøglen til deres teknik kommer fra at anerkende visse metals unikke fysiske og kemiske egenskaber, og hvordan de reagerer med hydrogenperoxid.

Mange plastmaterialer er fremstillet af molekyler kaldet olefiner, der er afledt af organiske materialer såsom fossile brændstoffer. For at danne disse typer plast, olefinmolekyler skal ændres ved hjælp af oxiderende kemikalier til fremstilling af plast- og harpiksforstadier, kaldet monomerer, ved at omarrangere deres kemiske bindinger, så de kan række ud og gribe fat i andre monomerer. Dette giver dem mulighed for at sy sammen i lange molekylære kæder - byggestenene i plast, sagde David Flaherty, professor i kemisk og biomedicinsk teknik.

"De nuværende metoder, der bruges til at omdanne olefinmolekyler til noget nyttigt, bruger eller producerer også ting, vi ikke ønsker, som klor, som kan være ætsende, og CO2, "sagde Daniel Bregante, en kandidatstuderende i kemisk og biomedicinsk ingeniørarbejde, der arbejder med Flaherty, og medforfatter til en rapport om den nye metode.

Kuldioxid betragtes ofte som et affaldsprodukt fra forbrænding af fossilt brændsel. Imidlertid, Flaherty sagde, at en betydelig mængde CO2 dannes fra produktionen af ​​plast, der stammer fra fossile brændstoffer.

Mange produktionsprocesser anvender miljøfarligt organisk peroxid eller chlorerede oxidanter, Sagde Bregante. Sammen, disse bekymringer har fået forskerne til at undersøge grønnere muligheder for plastfremstilling.

I et papir offentliggjort i Journal of the American Chemical Society , gruppen ser på, hvordan og hvorfor identiteten af ​​visse metaller, kaldet overgangsmetaller, påvirke reaktionen. De undersøgte også, hvor effektiv processen er, når man bruger hydrogenperoxid - en miljøvenlig oxidant, hvis eneste affaldsprodukt er vand, ikke klor eller CO2.

For at danne de kritiske monomerer, olefiner og oxidationsmidler passerer gennem små, stive svampeagtige strukturer kaldet zeolitter. Disse zeolitter indeholder metalioner i porerne, der fungerer som katalysatorer for at skubbe den kemiske reaktion mod den plastproducerende vej, Sagde Bregante.

"Denne proces har været brugt i årtier, "Sagde Flaherty." Alligevel de underliggende årsager til, hvordan metalatomerne aktiverer hydrogenperoxid, og hvorfor nogle metaller er bedre end andre til denne kemi, er ikke blevet fuldstændigt forstået. "

Flahertys gruppe sagde, at deres reaktion kan tage to veje:en, der fører til dannelse af monomerer og en, der fører til spild af nedbrydning af hydrogenperoxid. De har bevist i deres seneste forskning, at de to veje vil reagere forskelligt afhængigt af hvilket metal der bruges, og det næste trin vil være at se på, hvordan ændring af zeoliternes porestørrelse vil påvirke reaktionerne.

Ved at låse op for flere af mysterierne ved denne reaktion, Flaherty og Bregante sagde, at deres forskning i sidste ende kan føre til en bredere brancheadoption af denne finjusterede og miljøbevidste version af en meget ældre proces.

"Vi skal ikke bare vide, at det virker, men også hvordan det fungerer for at overbevise industrien om at skifte, "Flaherty sagde." Faciliteterne, der bruges til at producere plast, begynder at nå slutningen på deres brugbare levetid, og ny industriel infrastruktur baseret på denne reviderede metode kan være en ny start. "