As vantagens dos plásticos, como baixo custo, durabilidade longa e versatilidade química, levaram ao seu uso em vários setores da sociedade. No entanto, a onipresença de plásticos foi reconhecida como uma faca de dois gumes, pois a maioria deles acabou em aterro ou vazou para o ambiente pure como desperdício. Os resíduos plásticos podem persistir no ambiente por muitas décadas, e alguns deles vazam para o sistema de água como microplásticos, levando a sérios riscos ambientais e à saúde. Portanto, é imperativo projetar abordagens social e industrialmente viáveis para o gerenciamento de resíduos plásticos.
Entre as técnicas emergentes, se destaca o upcycling catalítico de plásticos que podem transformar resíduos em produtos de valor agregado, permitindo remediação ambiental síncrona e produção química. No entanto, sua prática de grau no setor é desafiadora, pois o valor econômico dos produtos correspondentes não pode recuperar os custos do processo de upcycling. As poliolefinas constituem a maioria dos plásticos globais produzidos e descartados atualmente, e seus monômeros estão ligados pelas ligações C -C inertes. O upcycling de resíduos de poliolefina foi dificultado pela necessidade de temperaturas relativamente altas para quebrar as ligações inertes a altas taxas e rendimentos de conversão. Em nosso trabalho recente, projetamos uma rota térmica photo voltaic ambiental, sustentável e livre de correspondência para aumentar o desperdício de poliolefina em hidrocarbonetos de alto valor, operando sob a temperatura notavelmente leve de 55 ° C que gerou fototérmica a apenas 4 sol (400 MW/cm2). As condições de reação photo voltaic suave e a simplicidade da química são um bom presságio coletivamente para o desenvolvimento de uma tecnologia de upcycling de polímero ambientalmente sustentável e ambientalmente sustentável.
Nossa estratégia utilizou Cu/bidimensional (2nd) Si como o catalisador, combinando a excelente atividade de desidrogenação de nanopartículas de Cu metálicas e excelentes propriedades de absorção de luz photo voltaic de nanopartículas de silício. Os catalisadores de heteroestrutura de Si Cu/2D foram preparados encapsulando nanopartículas de cobre em 2nd Si empilhado. O líquido iônico cloroaluminâmico (c4Py) cl-alcl3foi diluído em clorofórmio como solvente para estabelecer um ambiente de reação altamente polar, estabilizando os intermediários iônicos de rachaduras plásticas e diminuindo assim as barreiras da reação. Esta estratégia permite a conversão rápida e whole de polietileno em C3 para c26 Hidrocarbonetos sob uma temperatura baixa elevada fototérmica de 55 ° C dentro de apenas 6 horas (Figura 1). Nossos estudos mecanicistas propuseram uma through seletiva de rachaduras de poliolefina envolvendo dois β-Scissões de ligações C -C, uma rápida ciclização intramolecular, sem clivagem do terminal C -C. O recurso distintivo gerou produtos com uma distribuição distinta consiste em alcanes valiosos (c3-C7) e hidrocarbonetos cíclicos (C8-C26). No processo, as nanopartículas de Cu servem como locais ativos para o processo de desidrogenação, e o 2D Si promove a absorção de luz, o que aumenta concertadamente a eficiência da conversão.
O surpreendente desempenho catalítico nos motivou a explorar ainda mais a viabilidade econômica de nosso estudo. Tivemos a sorte de obter a supervisão do professor Ozin, um dos cientistas mais conhecidos e experientes da nanoquímica, que levantou uma questão crítica sobre a característica da sustentabilidade deste trabalho: em vez de usar a luz photo voltaic para impulsionar o processo catalítico fototérmico, por que não usar a catálise térmica alimentada por eletricidade renovável à condução? Esta questão é muito instigante, uma vez que, de uma perspectiva maior da utilização de energia photo voltaic, a eficiência de conversão da fotocatálise sempre foi muito menor que a das células solares. Por exemplo, para um dos campos mais estabelecidos, a divisão de água acionada por energia photo voltaic, a rota de eletrólise com assistência fotovoltaica (PV-E) pode obter eficiências de conversão photo voltaic para hidrogênio (STH) de mais de 30% (Bai, X., et al., euCiência 24102056 (2021)). Até onde sabemos, a maior eficiência de conversão de STH dos sistemas fotocatalíticos partículos é 9% alcançada em cerca de 70 ° C (Zhou, P., et al. Natureza 61366-70 (2023)), enquanto outros sistemas que operam à temperatura ambiente são tipicamente em torno de 1%. Dada a consideração, comparamos o consumo de energia do nosso sistema de upcycling térmico photo voltaic e um sistema de upcycling térmico alimentado por uma célula photo voltaic com desempenho catalítico semelhante. Notavelmente, as estimativas mostram que nosso sistema térmico photo voltaic requer apenas cerca de um quarto da energia photo voltaic (23,76 kJ) do sistema térmico (91,61 kJ), significando sua superioridade. Achamos que isso se deve ao efeito de calor localizado único do processo fototérmico, que gera intenso aquecimento native na superfície do catalisador nanoestruturada, permitindo taxas de reação rápidas e minimizando o consumo de energia.
Outro fato surpreendente é que a versatilidade de nosso sistema térmico photo voltaic no upcycling de vários resíduos de poliolefina do mundo actual, e as explorações relacionadas são inspiradas pelo editor da natureza, Dra. Claire Hansell e revisores no processo de revisão por pares (Figura 2). Os plásticos do mundo actual investigados em nosso trabalho incluíram os seis plásticos mais comuns (PET, HDPE, PVC, LDPE, PP e PS) e suas combinações. O sistema demonstrou conversões eficazes para vários LDPE pós-consumo, HDPE e PP, seja individualmente ou em forma mista. Também foram revelados os efeitos do PVC, PS e PET como impurezas no aumento dos plásticos de poliolefina mista. E propomos um protocolo de conversão de separação de fatias fáceis e escalonável para separar poliolefinas de outros polímeros mais pesados do que a água, como PET, PVC e PS, por meio de um método simples de pia em água, atingindo uma solução whole para a upcycling de poliolefinas de mixados de mixada do mundo actual. Além disso, com base na análise technoeconômica e na avaliação do ciclo de vida de uma instalação conceitual de upcycling, nossa tecnologia gera viabilidade econômica em certas regiões e 30% reduzindo as emissões de gases de efeito estufa em comparação com processos derivados de fósseis não renováveis.
Para obter mais informações, consulte nossa publicação recente na Catálise da Nature, “Catálise térmica photo voltaic ambiente para upcycling de poliolefina usando o cobre encapsulado em nanopartículas de silício e líquido iônico de cloroaluminato”. O weblog foi redigido por Chuanwang Xing e editado por Geoffrey Ozin.
