En første af sin slags katalysator efterligner naturlige processer til at nedbryde plast og producere værdifulde nye produkter

Mens genbrug af plast ikke er ny videnskab, nuværende processer gør det ikke økonomisk umagen værd - plastaffald bliver "down-cycled" til lavere kvalitet, mindre brugbart materiale. Det er en udfordring, der fortsat er en hindring for at tackle en voksende global forureningskrise inden for engangsplastik.

Et multi-institutionelt team af forskere ledet af det amerikanske energiministeriums Ames Laboratory har udviklet en første af sin slags katalysator, der er i stand til at behandle polyolefinplast såsom polyethylen og polypropylen, typer polymerer, der er meget udbredt i ting som plastik indkøbsposer, mælkekander, shampoo flasker, legetøj, og madbeholdere. Processen resulterer i ensartethed, komponenter af høj kvalitet, der kan bruges til at producere brændstoffer, opløsningsmidler, og smøreolier, produkter, der har høj værdi og potentielt kan gøre disse og andre brugte plastik til en uudnyttet ressource.

"Vi har taget et stort skridt fremad med dette arbejde, " sagde Aaron Sadow, en videnskabsmand ved Ames Laboratory og direktøren for Institute for Cooperative Upcycling of Plastics (iCOUP). "Vi havde en hypotese om, at vi kunne låne fra naturen, og efterligne de processer, hvorved enzymer præcist nedbryder makromolekyler som proteiner og cellulose. Det lykkedes for os, og vi er glade for at fortsætte med at optimere og udvikle denne proces yderligere."

Den unikke proces er afhængig af nanopartikelteknologi. Ames Lab videnskabsmand Wenyu Huang designet en mesoporøs silica nanopartikel bestående af en kerne af platin med katalytiske aktive steder, omgivet af lange silicaporer, eller kanaler, hvorigennem de lange polymerkæder trænger igennem til katalysatoren. Med dette design, katalysatoren er i stand til at holde på og spalte de længere polymerkæder til konsistente, ensartede kortere stykker, der har størst potentiale til at blive upcyclet til nye, mere brugbare slutprodukter.

"Denne type kontrolleret katalyseproces er aldrig før blevet designet baseret på uorganiske materialer, "Huang, der har specialiseret sig i design af strukturelt veldefinerede nano-katalysatorer. "Vi var i stand til at vise, at den katalytiske proces er i stand til at udføre flere identiske dekonstruktionstrin på det samme molekyle, før det frigives."

Ames Laboratory's solid state NMR-ekspert Fred Perras' målinger gjorde det muligt for holdet at undersøge katalysatorens aktivitet på atomskalaen, og bekræftede, at de lange polymerkæder bevægede sig let gennem katalysatorporerne på en måde, der ligner de enzymatiske processer, som forskerne havde til formål at efterligne.

Forskningen diskuteres yderligere i papiret, "Katalytisk upcycling af polyethylen med høj densitet via en procesmekanisme, " offentliggjort i Naturkatalyse .