Химические катализаторы могут снизить температуру переработки пластиковых бутылок

Химические катализаторы могут снизить температуру переработки пластиковых бутылок

Бутылки из пластика можно измельчать и повторно использовать, скажем, для изготовления одежды или ковров, но превратить их опять в пластиковые бутылки пока что чрезвычайно сложная задача. Однако катализаторы, которые получили исследователи из IBM и Стенфорда, могут сделать рентабельной технологию повторного изготовления бутылок при помощи измельчения полиэтилентерефталата (PET) и добавления в его состав химикатов. Сейчас исследователи работают над катализаторами для переработки, чтобы их можно было использовать в промышленном масштабе.

Большинство пластиковых бутылок с напитками изготавливается из PET. Как правило, пластик промывают, механически измельчают и смешивают с первичным PET. Потом из этой смеси получают полимер, который не подходит для упаковки, но из которого можно изготовить вторичные продукты, например, одежду или ковровые покрытия.

Для PET используется механическая, а не химическая переработка, поскольку разлагать полимер на химические составляющие слишком дорого. Даже с учетом использования существующих катализаторов для проведения процесса химической реакции по переработке PET, реакция происходит при высокой температуре, под высоким давлением и длится относительно долго.

Исследователи IBM и Стенфорда разработали несколько новых катализаторов, один из которых может использоваться для быстрой химической переработки PET при температуре 75 ºC. PET состоит из двух недорогих видов сырья: один из них — органические кислоты, другой этиленгликоль. Катализатор действует в растворе этиленгликоля. Когда разрезанные бутылки помещают в раствор, катализатор вызывает реакцию между органическими кислотами в пластике и этиленгликолем в растворе. При этом получаемый пластик имеет качество пластика, используемого для производства бутылок.

Новые катализаторы являются результатом десятилетнего исследовательского проекта IBM по созданию наиболее оптимального метода изготовления полимеров для изолирующего слоя в компьютерных чипах. Эти слои традиционно изготавливается с использованием катализаторов, имеющих в составе металл. Металлические катализаторы обладают высокой активностью, но после завершения реакции их очень трудно удалить. Поэтому могут оставаться небольшие примеси, которые снижают работоспособность чипа. Кроме того, после того как чип отработал и его отправили на свалку, эти примеси могут вызвать загрязнение окружающей среды. Поэтому исследователи IBM обратились к органическим катализаторам, чье строение похоже на строение биологических ферментов.

К органическим катализаторам обычно относятся очень скептично, поскольку они имеют низкую активность и для проведения реакции их требуется довольно много. Но ученые из IBM нашли группу катализаторов, которые обладают такой же активностью, как и металлические катализаторы. Некоторые из этих катализаторов пригодны для работы с изолирующими материалами в чипах, а некоторые пригодны для работы с PET. Исследователи IBM выполнили моделирование активности катализатора и продемонстрировали работу катализатора экспериментально в лаборатории.

По словам профессора химии Стэнфордского университета Роберта Вэймауфа (Robert Waymouth), катализатор для переработки PET относится к карбенам, и он был «навеян» витамином B1. Исследователи Стэнфорда и IBM догадались, что подобная небольшая органическая молекула может стать хорошим катализатором реакции связывания сложных эфиров в полимер.

Для проведения экспериментов по переработке PET в больших объемах работники IBM сотрудничают с исследователями в Саудовской Аравии. Были получены хорошие результаты по использованию органических катализаторов для деполимеризации PET и изготовления специальных материалов, таких как сырье для высокопрочных пластмасс, изготовление которых другим путем очень дорого. Таким образом, при правильном подходе из мусора можно получить очень ценный материал с улучшенными характеристиками.

Автор: Анастасия Литвинова

На основе материала http://www.technologyreview.com