Brug af metal-organiske rammer til at nedbryde plast

Hvad hvis plastikflaskens livscyklus var cirkulær? Hvor en brugt plastikflaske blev returneret til sine originale komponenter, klar til at blive lavet om til en ny plastikflaske i stedet for muligvis at ende på en losseplads.

Et forskningshold fra Northwestern University er det første til at demonstrere, at et materiale kaldet en metal-organisk ramme (MOF) er en stabil og selektiv katalysator til at nedbryde polyester-baseret plast i dets komponenter.

Der er kun brug for tre ting:plastik, brint og katalysatoren. En vigtig bonus er, at en af ​​de komponenter, plasten nedbrydes i, er terephthalsyre, et kemikalie, der bruges til at fremstille plastik. Med Northwestern-metoden er det ikke nødvendigt at gå helt tilbage til olie og den dyre og energikrævende produktion og separation af xylener.

"Vi kan gøre det meget bedre end at starte fra bunden, når vi laver plastikflasker," sagde Omar Farha, professor i kemi ved Weinberg College of Arts and Sciences. Han er den tilsvarende forfatter til undersøgelsen. "Vores proces er meget renere."

Værket blev for nylig offentliggjort i tidsskriftet Angewandte Chemie International Edition .

Forskerne valgte en zirconium-baseret MOF kaldet UiO-66, fordi den er nem at lave, skalerbar og billig. Yufang Wu, undersøgelsens første forfatter og en gæstende kandidatstuderende i Farhas gruppe, brugte det plastik, der var mest praktisk:plastikvandflasker, som hendes kolleger i laboratoriet havde kasseret. Hun hakkede dem, varmede plastikken og påførte katalysatoren.

"MOF klarede sig endnu bedre, end vi havde forventet," sagde Farha. "Vi fandt, at katalysatoren var meget selektiv og robust. Hverken farven på plastikflasken eller det forskellige plastik, flaskehætterne var lavet af, påvirkede effektiviteten af ​​katalysatoren. Og metoden kræver ikke organiske opløsningsmidler, hvilket er et plus ."

Hvad er MOF'er?

En klasse af materialer i nanostørrelse, MOF'er er blevet bredt undersøgt på grund af deres højt ordnede strukturer. Farha har studeret MOF'er i mere end et årti og har tidligere vist, at de kan bruges til at ødelægge giftige nervestoffer. I den nuværende undersøgelse, sagde Farha, virker MOF'er på nogenlunde samme måde - bryder en esterbinding for at nedbryde polyethylenterephthalat (PET). Denne plast er en af ​​de mest populære forbrugerplastik på verdensplan.

"Vi har brugt zirconium MOF'er til at nedbryde nervestoffer i årevis," sagde Farha. "Holdet spekulerede så på, om disse MOF'er også kunne nedbryde plastik, selvom reaktionerne og mekanismerne er forskellige. Den nysgerrighed førte til vores seneste resultater."

"Denne forskning hjælper med at løse mangeårige udfordringer forbundet med plastikaffald og åbner op for nye områder og anvendelser for MOF'er," sagde Farha.

Forestil dig Tinkertoys

MOF'er er lavet af organiske molekyler og metalioner eller klynger, som samler sig selv for at danne multidimensionelle, højkrystallinske, porøse rammer. For at forestille sig strukturen af ​​en MOF, sagde Farha, forestille sig et sæt Tinkertoys, hvor metalionerne eller klyngerne er de cirkulære eller firkantede knuder, og de organiske molekyler er stængerne, der holder knudepunkterne sammen.

Ud over at være nem at lave, skalerbar og billig, er en anden fordel ved UiO-66, at MOF's organiske linker, terephthalsyre (TA), er det, man får, når man nedbryder plastik.

Strukturelle karakteriseringsundersøgelser afslørede, at UiO-66 under nedbrydningsprocessen gennemgår en interessant transformation til en anden zirconium-baseret MOF kaldet MIL-140A. Denne MOF viste også stor katalytisk aktivitet mod PET-nedbrydning.

Titlen på papiret er "Katalytisk nedbrydning af polyethylenterephthalat ved hjælp af et faseovergangs-zirkoniumbaseret metal-organisk rammeværk." + Udforsk yderligere

Nanomateriale ødelægger nervegifte under kamppladsrelevante forhold