Os cientistas quebram plástico usando um catalisador e ar simples e baratos

Aproveitando a umidade do ar, os químicos da Northwestern College desenvolveram um novo método simples para quebrar os resíduos de plástico.

O processo não tóxico, ambientalmente amigável e sem solvente primeiro usa um catalisador barato para separar os títulos do tereftalato de polietileno (PET), o plástico mais comum da família de poliéster. Então, os pesquisadores apenas expõem as peças quebradas ao ar ambiente. Aproveitando as quantidades de umidade no ar, o animal de estimação quebrado é convertido em monômeros-os blocos cruciais de construção para plásticos. A partir daí, os pesquisadores prevêem que os monômeros possam ser reciclados em novos produtos para animais de estimação ou outros materiais mais valiosos.

Mais seguro, mais limpo, mais barato e mais sustentável do que os métodos atuais de reciclagem de plástico, a nova técnica oferece um caminho promissor para criar uma economia round para plásticos. O estudo foi recentemente publicado em Química verde.

“Os EUA são o poluidor plástico número um per capita, e apenas reciclamos 5% desses plásticos”, disse Yosi Kratish, do Northwestern, autor co-correspondente do estudo. “Há uma necessidade terrível de melhores tecnologias que podem processar diferentes tipos de resíduos de plástico. A maioria das tecnologias que temos hoje derrete garrafas de plástico e reduzi-los para produtos de baixa qualidade.

“O que é particularmente emocionante em nossa pesquisa é que aproveitamos a umidade do ar para quebrar os plásticos, alcançando um processo excepcionalmente limpo e seletivo. Ao recuperar os monômeros, que são os blocos básicos de construção de PET, podemos reciclar ou aumentar até os materiais mais valiosos”.

“Nosso estudo oferece uma solução sustentável e eficiente para um dos desafios ambientais mais prementes do mundo: resíduos plásticos”, disse Naveen Malik, o primeiro autor do estudo. “Ao contrário dos métodos tradicionais de reciclagem, que geralmente produzem subprodutos nocivos como sais de resíduos e requerem entradas de energia ou química significativos, nossa abordagem usa um processo livre de solventes que se baseia na umidade do rastreamento do ar ambiente. Isso o torna não apenas ecologicamente correto, mas também altamente prático para aplicações do mundo actual”.

Especialista em reciclagem de plástico, Kratish é professor assistente de pesquisa de química no Weinberg School de Artes e Ciências da Northwestern. Kratish co-liderou o estudo com Tobin J. Marks, Charles E. e Emma H. ​​Morrison Professora de Química em Weinberg e professora de ciência e engenharia de materiais na McCormick College of Engineering da Northwestern. Na época da pesquisa, Malik period bolsista de pós -doutorado no laboratório de Marks; Agora ele é professor assistente de pesquisa no SRM Institute of Science and Know-how na Índia.

O problema plástico

Comumente usados ​​em embalagens de alimentos e garrafas de bebidas, os plásticos de estimação representam 12% do whole de plásticos utilizados globalmente. Como não se decompõe facilmente, o PET é um dos principais contribuintes para a poluição plástica. Após o uso, acaba em aterros sanitários ou, com o tempo, se degrada em pequenos microplásticos ou nanoplásticos, que geralmente acabam em águas residuais e cursos de água.

Encontrar novas maneiras de reciclar plástico é um tópico quente na pesquisa. Mas os métodos atuais para quebrar os plásticos requerem condições adversas, incluindo temperaturas extremamente altas, energia intensa e solventes, que geram subprodutos tóxicos. Os catalisadores usados ​​nessas reações também geralmente são caros (como platina e paládio) ou tóxicos, criando resíduos ainda mais prejudiciais. Então, após a reação ser realizada, os pesquisadores precisam separar o Materiais reciclados A partir dos solventes, que podem ser um processo demorado e intensivo em energia.

Em trabalhos anteriores, o grupo de Marks no Northwestern se tornou o primeiro a desenvolver processos catalíticos que não requerem solventes. No novo estudo, a equipe novamente desenvolveu um processo livre de solventes.

“O uso de solventes tem muitas desvantagens”, disse Kratish. “Eles podem ser caros e você precisa aquecê -los a altas temperaturas. Então, após a reação, você fica com uma sopa de materiais que você precisa classificar para recuperar os monômeros. Em vez de usar solventes, usamos o vapor de água do ar. É uma maneira muito mais elegante de enfrentar problemas de reciclagem de plástico”.

Uma solução ‘elegante’

Para conduzir o novo estudo, os pesquisadores usaram um catalisador de molibdênio e carbono ativado-ambos dos quais são materiais baratos, abundantes e não-tóxicos. Para iniciar o processo, os pesquisadores adicionaram PET ao catalisador e ativaram o carbono e depois aqueceram a mistura. Os plásticos de poliéster são moléculas grandes com unidades repetidas, que estão ligadas a ligações químicas. Após um curto período de tempo, as ligações químicas dentro do plástico se separaram.

Em seguida, os pesquisadores expuseram o materials ao ar. Com o pouquinho de umidade do ar, o materials se transformou em ácido tereftálico (TPA) – o precursor altamente valioso para os poliésteres. O único subproduto foi o acetaldeído, um valioso e fácil de remover produtos químicos industriais.

“O ar contém uma quantidade significativa de umidade, tornando -o um recurso prontamente disponível e sustentável para reações químicas”, disse Malik. “Em média, mesmo em condições relativamente secas, a atmosfera possui cerca de 10.000 a 15.000 quilômetros cúbicos de água. A alavancagem do ar nos permite eliminar solventes a granel, reduzir a entrada de energia e evitar o uso de produtos químicos agressivos, tornando o processo mais limpo e mais ecológico”.

“Funcionou perfeitamente”, disse Kratish. “Quando adicionamos água further, parou de funcionar porque period muita água. É um bom equilíbrio. Mas acontece que a quantidade de água no ar period a quantidade certa”.

Vantagens sem fim

O processo resultante é rápido e eficaz. Em apenas quatro horas, 94% do possível TPA foi recuperado. O catalisador também é durável e reciclável, o que significa que pode ser usado repetidamente sem perder a eficácia. E o método funciona com plásticos mistas, reciclando seletivamente apenas poliésteres. Com sua natureza seletiva, o processo ignora a necessidade de classificar os plásticos antes de aplicar o catalisador – uma grande vantagem econômica para a indústria de reciclagem.

Quando a equipe testou o processo em materiais do mundo actual, como garrafas de plástico, camisas e resíduos de plástico misto, ele se mostrou tão eficaz. Até quebrou plásticos coloridos em TPA puro e incolor.

Em seguida, os pesquisadores planejam aumentar a escala do processo para uso industrial. Ao otimizar o processo para aplicações em larga escala, os pesquisadores visam garantir que ele possa lidar com grandes quantidades de resíduos plásticos.

“Nossa tecnologia tem o potencial de reduzir significativamente a poluição plástica, diminuir a pegada ambiental dos plásticos e contribuir para uma economia round onde os materiais são reutilizados em vez de descartados”, disse Malik. “É um passo tangível em direção a um futuro mais limpo e verde e demonstra como a química inovadora pode enfrentar os desafios globais de uma maneira que se alinha com a natureza”.