"Phát hiện quan trọng mà chúng tôi báo cáo là tải trọng kim loại rất thấp", nhà hóa học phòng thí nghiệm quốc gia Pacific Tây Bắc Janos Szanyi, người lãnh đạo nhóm nghiên cứu cho biết. "Điều này làm cho chất xúc tác rẻ hơn nhiều."

Phương pháp mới chuyển đổi hiệu quả hơn về mặt nhựa thành hóa chất hàng hóa có giá trị - một quá trình được gọi là "upcycling". Ngoài ra, nó tạo ra ít metan hơn, một loại khí nhà kính không mong muốn, như một sản phẩm phụ, so với các phương pháp được báo cáo khác.

Nhà khoa học nghiên cứu sau tiến sĩ Linxiao Chen, người đã trình bày nghiên cứu tại ACS cho biết: "Thật thú vị với chúng tôi rằng không có gì được công bố trước đây cho thấy kết quả này". "Nghiên cứu này cho thấy cơ hội phát triển các chất xúc tác hiệu quả, chọn lọc và linh hoạt cho việc nâng nhựa."

Ít kim loại ít hơn trong việc nâng nhựa hơn

Chất thải nhựa dựa trên dầu mỏ trình bày một nguồn hóa chất dựa trên carbon chưa được khai thác có thể đóng vai trò là vật liệu ban đầu cho các vật liệu và nhiên liệu bền hữu ích. Rất ít nhựa hiện đang được tái chế, chủ yếu vì lý do kinh tế và thực tế. Nhưng các nhà khoa học PNNL đang cố gắng thay đổi động lực bằng cách áp dụng chuyên môn của họ trong việc phá vỡ hiệu quả các liên kết hóa học.

Người ta biết rằng việc thêm hydro-một phản ứng được gọi là hydro phân tích-vào các loại nhựa khó thu hồi như polypropylen và polyetylen đưa ra một chiến lược đầy hứa hẹn để chuyển đổi chất thải nhựa thành hydrocarbon nhỏ giá trị gia tăng. Quá trình này đòi hỏi các chất xúc tác hiệu quả và chọn lọc để làm cho nó khả thi về mặt kinh tế.

Đó là nơi mà nghiên cứu PNNL dẫn đầu gần đây đã xuất sắc.

Nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra rằng việc giảm lượng Ruthenium kim loại quý thực sự cải thiện hiệu quả và tính chọn lọc của polymer. Trong một nghiên cứu được công bố gần đây trong xúc tác ACS, họ đã chỉ ra rằng sự cải thiện hiệu quả đã xảy ra khi tỷ lệ kim loại thấp để hỗ trợ cấu trúc khiến cấu trúc chuyển từ một loạt các hạt có trật tự sang các nguyên tử bị rối loạn.

Các nguyên tử bị mắc kẹt

Một hồ sơ theo dõi chuyên môn PNNL trong các chất xúc tác nguyên tử đã giúp nhóm hiểu tại sao ít hơn là nhiều hơn. Nhóm nghiên cứu đã quan sát quá trình chuyển đổi sang rối loạn ở cấp độ phân tử và sau đó được sử dụng lý thuyết được thiết lập để chỉ ra rằng các nguyên tử đơn thực sự là chất xúc tác hiệu quả hơn trong công việc thử nghiệm này.

Công trình xây dựng dựa trên nghiên cứu về bẫy nguyên tử và các chất xúc tác nguyên tử của Yong Wang, giáo sư kỹ thuật hóa học tại Đại học bang Washington, Pullman và một phòng thí nghiệm PNNL.

"Đã có rất nhiều nỗ lực từ góc độ vật chất để cố gắng hiểu làm thế nào các nguyên tử đơn lẻ hoặc các cụm rất nhỏ có thể tạo ra các chất xúc tác hiệu quả", Gutiérrez nói.

Tại ACS, Chen cũng mô tả công việc mới khám phá vai trò của tài liệu hỗ trợ trong việc cải thiện hiệu quả của hệ thống.

"Chúng tôi đã điều tra các vật liệu hỗ trợ rẻ hơn và dễ dàng hơn để thay thế cerium oxit", Chen nói. "Chúng tôi thấy rằng một oxit titan được biến đổi hóa học có thể cho phép một con đường hiệu quả và chọn lọc hơn cho việc nâng cấp polypropylen."

Học cách dung nạp clo

Để làm cho phương pháp thực tế để sử dụng với các luồng tái chế nhựa hỗn hợp, nhóm nghiên cứu hiện đang khám phá sự hiện diện của clo ảnh hưởng đến hiệu quả của việc chuyển đổi hóa học như thế nào.

"Chúng tôi đang xem xét các điều kiện khai thác đòi hỏi khắt khe hơn", nhà hóa học Oliver Y. Gutiérrez, một chuyên gia về ứng dụng công nghiệp cho xúc tác cho biết. "Khi bạn không có nguồn nhựa sạch, trong quá trình nâng cấp công nghiệp, bạn có clo từ polyvinylchloride và các nguồn khác. Clo có thể làm ô nhiễm phản ứng nâng nhựa. Chúng tôi muốn hiểu tác dụng của clo có gì đối với hệ thống của chúng tôi."

Bây giờ, sự hiểu biết cơ bản đó có thể giúp chuyển đổi nhựa chất thải thường kết thúc như ô nhiễm trong môi trường thành các sản phẩm hữu ích.

Nghiên cứu được hỗ trợ bởi Bộ Năng lượng, Văn phòng Khoa học. Nghiên cứu này cũng đã sử dụng các nguồn lực từ Nguồn Photon tiên tiến, một cơ sở người dùng khoa học được điều hành cho DOE bởi Phòng thí nghiệm quốc gia Argonne.

Nguồn câu chuyện:

Vật liệu được cung cấp bởi Phòng thí nghiệm quốc gia DOE/Pacific Tây Bắc . Bản gốc được viết bởi Karyn Hede. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho phong cách và độ dài.