Forskere konverterer plast til nyttige kemikalier ved hjælp af sollys

Kemikere ved Nanyang Technological University, Singapore (NTU Singapore) har opdaget en metode, der kan gøre plastaffald til værdifulde kemikalier ved hjælp af sollys.

I laboratorieforsøg, forskergruppen blandede plast med deres katalysator i et opløsningsmiddel, som gør det muligt for opløsningen at udnytte lysenergi og omdanne den opløste plast til myresyre - et kemikalie, der bruges i brændselsceller til at producere elektricitet.

Rapporterer deres arbejde i Avanceret videnskab , teamet ledet af NTU -adjunkt Soo Han Sen fra School of Physical and Mathematical Sciences lavede deres katalysator fra de overkommelige, biokompatibelt metal vanadium, almindeligt anvendt i stållegeringer til køretøjer og aluminiumlegeringer til fly.

Når den vanadiumbaserede katalysator blev opløst i en opløsning indeholdende en ikke-bionedbrydelig forbrugerplast som polyethylen og udsat for kunstigt sollys, det nedbrød carbon-carbon-bindingerne i plasten på seks dage.

Denne proces gjorde polyethylen til myresyre, et naturligt forekommende konserveringsmiddel og antibakterielt middel, som også kan bruges til energiproduktion fra kraftværker og i brintbrændstofcellekøretøjer.

"Vi havde til formål at udvikle bæredygtige og omkostningseffektive metoder til at udnytte sollys til fremstilling af brændstoffer og andre kemiske produkter, "sagde Asst Prof Soo." Denne nye kemiske behandling er den første rapporterede proces, der fuldstændigt kan nedbryde en ikke-bionedbrydelig plast, såsom polyethylen, ved hjælp af synligt lys og en katalysator, der ikke indeholder tungmetaller. "

I Singapore, det meste plastaffald forbrændes, producerer drivhusgasser som kuldioxid, og den resterende masseforbrændingsaske-transporteres til Semakau-lossepladsen, der skønnes at løbe tør for plads i 2035.

Udvikling af innovative nul-affaldsløsninger, såsom denne miljøvenlige katalysator til at gøre affald til ressourcer, er en del af NTU Smart Campus vision om at udvikle en bæredygtig fremtid.

Brug af energi fra solen til at omdanne kemikalier

Den vanadiumbaserede katalysator, som understøttes af organiske grupper og typisk forkortes som LV (O), bruger lysenergi til at drive en kemisk reaktion og er kendt som en fotokatalysator.

Fotokatalysatorer muliggør, at kemiske reaktioner drives af sollys, i modsætning til de fleste reaktioner udført i branchen, der kræver varme, normalt frembragt ved afbrænding af fossile brændstoffer.

Andre fordele ved den nye fotokatalysator er, at den er lav, rigelig, og miljøvenlig, i modsætning til almindelige katalysatorer fremstillet af dyre eller giftige metaller, såsom platin, palladium eller ruthenium.

Mens forskere har prøvet andre metoder til at omdanne plastaffald til nyttige kemikalier, mange tilgange involverer uønskede reagenser eller for mange trin til at skalere op.

Et eksempel er en tilgang kaldet fotoreformering, hvor plast kombineres med vand og sollys for at producere hydrogengas, men dette kræver brug af katalysatorer indeholdende cadmium, et giftigt tungmetal. Andre metoder kræver, at plast behandles med hårde kemiske opløsninger, der er farlige at håndtere.

De fleste plastmaterialer er ikke bionedbrydelige, fordi de indeholder ekstraordinært inerte kemiske bindinger kaldet kulstof-kulstofbindinger, som ikke let nedbrydes uden anvendelse af høje temperaturer.

Den nye vanadiumbaserede fotokatalysator udviklet af NTU-forskerholdet var specielt designet til at bryde disse bindinger, og gør det ved at låse sig fast på en nærliggende kemisk gruppe kendt som en alkoholgruppe og bruge energi absorberet fra sollys til at opløse molekylet som en lynlås.

Da forsøgene blev udført i en laboratorieskala, plastprøverne blev først opløst ved opvarmning til 85 grader Celsius i et opløsningsmiddel, før katalysatoren, som er i pulverform, blev opløst. Opløsningen blev derefter udsat for kunstigt sollys i et par dage. Ved hjælp af denne fremgangsmåde viste teamet, at deres fotokatalysator var i stand til at nedbryde carbon-carbon-bindingerne i over 30 forskellige forbindelser, og resultaterne demonstrerede konceptet med en miljøvenlig, billige fotokatalysator.

Forskergruppen forfølger nu forbedringer af processen, der muliggør nedbrydning af plast til at producere andre nyttige kemiske brændstoffer, såsom hydrogengas.