Американские исследователи из Северо-Западного университета и Университета Пердью разработали новый катализатор на основе никеля, который позволяет перерабатывать смешанные пластиковые отходы без необходимости предварительной сортировки или очистки. Такой подход может стать прорывом в борьбе с пластиковым загрязнением и значительно повысить эффективность переработки полиолефинов, к которым относятся полиэтилен и полипропилен — основные компоненты одноразового пластика.
Об этом сообщает ProIT
Сложности переработки пластика и новый подход
Пластиковые отходы, образующиеся из бытовых товаров и упаковок, чрезвычайно трудно утилизировать из-за прочных углерод-углеродных связей в полиолефинах. Эти полимеры разлагаются чрезвычайно медленно, оставаясь в окружающей среде и на свалках десятилетиями, и даже становятся источником опасных микрочастиц. Технология переработки усложняется необходимостью тщательной сортировки отходов: даже небольшая доля неподходящего полимера может испортить всю партию. Сортировка — длительный и сложный процесс, который существенно снижает общий уровень переработки пластика в мире. По данным отчета Nature за 2023 год, ежегодно производится более 220 млн тонн полиолефинов, но на переработку попадает менее 10% отходов, а в отдельных случаях — даже менее 1%.
“Одной из крупнейших преград в переработке пластика всегда была необходимость тщательной сортировки пластиковых отходов по типу. Наш новый катализатор может обойти этот дорогой и трудоемкий этап переработки обычных полиолефинов, сделав переработку более эффективной, практичной и экономически выгодной, чем существующие стратегии”, — отмечает старший автор исследования Тобин Маркс.
Детали работы уникального катализатора
Разработанный катализатор является одноцентровым органоникелевым соединением, закрепленным на “суперкислотном” носителе из сульфатированного оксида алюминия. Во время лабораторных испытаний он преобразовывал маловартісные полиолефины в жидкие масла и воск, которые можно использовать как смазочные материалы, топливо или даже для изготовления свечей. Его главной преимуществом является способность работать с загрязненными и смешанными пластиковыми отходами, в том числе содержащими поливинилхлорид (ПВХ).
В отличие от традиционных методов, например, пиролиза, который требует температуры 400–700°C, новый катализатор эффективно работает при 200°C, используя водород для деликатного разрыва углеродных связей. Во время экспериментов он преобразовывал почти весь изотактический полипропилен в жидкие углеводороды всего за 20 минут, демонстрируя конверсию 16 граммов полимера на грамм катализатора за час.
Уникальной чертой является селективность катализатора: он способен различать типы пластика в смешанных отходах, перерабатывая полипропилен и практически не влияя на полиэтилен. Это первый случай, когда удалось достичь химического селективного сортирования пластиковых отходов.
Поливинилхлорид традиционно считается проблемным для переработки из-за выделения соляной кислоты, которая вредит оборудованию. Однако, как свидетельствуют исследования, добавление ПВХ даже улучшило работу катализатора. Выяснилось, что небольшое количество соляной кислоты, которое образуется при нагревании, помогает восстанавливать кислотный носитель и повышает эффективность разрыва углеродных связей.
Среди недостатков нового катализатора — чувствительность к воздуху и постепенное снижение активности после каждого цикла использования. Однако восстановить его можно благодаря специальной обработке на основе алюминия. Результаты исследования уже опубликованы в журнале Nature Chemistry.
Принцип действия катализатора на основе никеля/Nature Chemistry