Химики из Технологического университета Наньянга, Сингапур (NTU Singapore) обнаружили метод, который может превратить пластиковые отходы в ценные химические вещества при использовании солнечного света.

В лабораторных экспериментах исследовательская группа смешивала пластмассы с их катализатором в растворителе, что позволяет раствору использовать световую энергию и преобразовывать растворенные пластмассы в муравьиную кислоту — химическое вещество, используемое в топливных элементах для производства электроэнергии.

Сообщая о своей работе в области передовых наук , команда во главе с доцентом НТУ Су Ханом Сеном из Школы физико-математических наук сделала свой катализатор из доступного, биосовместимого металлического ванадия, обычно используемого в стальных сплавах для транспортных средств и алюминиевых сплавах для самолетов.

Когда катализатор на основе ванадия растворяли в растворе, содержащем не биоразлагаемый потребительский пластик, такой как полиэтилен, и подвергали воздействию искусственного солнечного света , он разрушал углерод-углеродные связи внутри пластика в течение шести дней.

Этот процесс превратил полиэтилен в муравьиную кислоту, природный консервант и антибактериальный агент, который также может использоваться для выработки энергии электростанциями и в транспортных средствах на водородных топливных элементах.

«Мы стремились разработать устойчивые и экономически эффективные методы использования солнечного света для производства топлива и других химических продуктов», — сказал Аст Проф Су. «Эта новая химическая обработка — первый зарегистрированный процесс, который может полностью разрушить не поддающийся биологическому разложению пластик, такой как полиэтилен, с использованием видимого света и катализатора, который не содержит тяжелых металлов».

В Сингапуре большая часть пластиковых отходов сгорает, образуя парниковые газы, такие как углекислый газ, а остаточная масса сжигаемой золы — транспортируется на полигон Семакау, который, по оценкам, исчерпает пространство к 2035 году.

Разработка инновационных решений с нулевыми отходами, таких как этот экологически чистый катализатор для превращения отходов в ресурсы, является частью концепции NTU Smart Campus, направленной на развитие устойчивого будущего.

Использование энергии солнца для преобразования химических веществ

Катализатор на основе ванадия, который поддерживается органическими группами и обычно сокращенно обозначается как LV (O), использует световую энергию для запуска химической реакции и известен как фотокатализатор.

Фотокатализаторы позволяют химическим реакциям питаться солнечным светом, в отличие от большинства реакций, проводимых в промышленности, которые требуют тепла, обычно выделяемого при сжигании ископаемого топлива.

Другие преимущества нового фотокатализатора заключаются в том, что он имеет низкую стоимость, богат и экологически безопасен, в отличие от обычных катализаторов, изготовленных из дорогих или токсичных металлов, таких как платина, палладий или рутений.

В то время как ученые попробовали другие подходы для превращения отходов пластмасс в полезные химические вещества, многие подходы включают нежелательные реагенты.

Одним из примеров является подход, называемый фотореформинг, где пластик объединяется с водой и солнечным светом для производства газообразного водорода, но для этого требуется использование катализаторов, содержащих кадмий, токсичный тяжелый металл. Другие методы требуют обработки пластмассы агрессивными химическими растворами, с которыми опасно обращаться.

Большинство пластиков не подвержены биологическому разложению, поскольку они содержат чрезвычайно инертные химические связи, называемые углерод-углеродными связями, которые нелегко разрушаются без применения высоких температур.

Новый фотокатализатор на основе ванадия, разработанный исследовательской группой NTU, был специально разработан, чтобы разорвать эти связи, и делает это, фиксируя соседнюю химическую группу, известную как спиртовая группа, и используя энергию, поглощенную солнечным светом, чтобы распутать молекулу как молния.

Поскольку эксперименты проводились в лабораторном масштабе, образцы пластика сначала растворяли нагреванием до 85 градусов Цельсия в растворителе, а затем растворяли катализатор , который находится в форме порошка. Затем раствор подвергали воздействию искусственного солнечного света в течение нескольких дней. Используя этот подход, команда показала, что их фотокатализатор способен разрушать углерод-углеродные связи в более чем 30 различных соединениях, и результаты продемонстрировали концепцию экологически чистого и недорогого фотокатализатора.

Исследовательская группа в настоящее время занимается усовершенствованием процесса, который может привести к разрушению пластика для производства другого полезного химического топлива, такого как газообразный водород.