Newswise – یک کاتالیزور تخریب پلاستیک جدید توسعه یافته به پیشرفت فرآیندهای استفاده مجدد از پلاستیک ادامه می دهد. در سال 2020، تیمی از محققان به رهبری دانشمندان آزمایشگاه ایمز توسعه یافتند اولین کاتالیزور معدنی پردازش برای تجزیه پلاستیک های پلی اولفین به مولکول هایی که می توان از آنها برای ایجاد محصولات با ارزش تر استفاده کرد. این تیم اکنون یک استراتژی برای سرعت بخشیدن به تحول بدون قربانی کردن محصولات مورد نظر توسعه داده و اعتبار بخشیده است.
کاتالیزور در اصل توسط Wenyu Huang، دانشمند آزمایشگاه Ames طراحی شده است. این شامل ذرات پلاتین است که بر روی یک هسته سیلیکونی جامد قرار گرفته و توسط یک پوسته سیلیکونی با منافذ یکنواخت احاطه شده است که دسترسی به سایت های کاتالیزوری را فراهم می کند. مقدار کل پلاتین مورد نیاز بسیار کم است، که به دلیل قیمت بالای پلاتین و عرضه محدود آن مهم است. در طی آزمایشات ساختارشکنی، زنجیره‌های پلیمری طولانی به منافذ وارد می‌شوند و با محل‌های کاتالیزوری تماس پیدا می‌کنند، پس از آن زنجیره‌ها به قطعات کوچک‌تری شکسته می‌شوند که دیگر مواد پلاستیکی نیستند (برای جزئیات بیشتر به تصویر مراجعه کنید).
آرون سادو، دانشمند آزمایشگاهی ایمز و مدیر موسسه فرآوری تعاونی پلاستیک (iCOUP)، توضیح داد که تیم سه نوع کاتالیزور را ایجاد کرد. هر کدام از این تغییرات دارای هسته‌ها و پوسته‌های متخلخل با اندازه یکسان، اما قطر ذرات پلاتین متفاوت، از 1.7 تا 2.9 تا 5.0 نانومتر بودند.
این تیم فرضیه‌ای را مطرح کردند که تفاوت در اندازه ذرات پلاتین بر طول زنجیره‌های محصول تأثیر می‌گذارد، به طوری که ذرات پلاتین بزرگ زنجیره‌های بلندتر و ذرات کوچک زنجیره‌های کوتاه‌تری می‌سازند. با این حال، گروه دریافتند که طول زنجیره های محصول برای هر سه اندازه یکسان است کاتالیزورها.
“در ادبیات، گزینش پذیری برای واکنش های برش پیوند کربن-کربن به طور کلی با اندازه نانوذرات پلاتین متفاوت است. Sadow گفت: با قرار دادن پلاتین در انتهای منافذ، چیزی کاملاً منحصر به فرد را دیدیم.
در عوض، سرعت شکستن زنجیره‌ها به مولکول‌های کوچکتر برای هر سه متفاوت است کاتالیزورها. ذرات پلاتین بزرگتر با زنجیره بلند پلیمری کندتر واکنش می دهند، در حالی که ذرات کوچکتر سریعتر واکنش نشان می دهند. این نرخ افزایش یافته ممکن است به دلیل درصد بالاتر محل‌های پلاتین لبه و گوشه روی سطوح نانوذرات کوچکتر باشد. این مکان ها در برش زنجیره پلیمری فعال تر از پلاتین واقع در روی ذرات هستند.
به گفته Sadow، نتایج مهم هستند زیرا نشان می‌دهند که فعالیت می‌تواند مستقل از انتخاب‌پذیری در این واکنش‌ها تنظیم شود. او گفت: «ما اکنون مطمئن هستیم که می‌توانیم کاتالیزور فعال‌تری بسازیم که پلیمر را سریعتر بجود، در حالی که از پارامترهای ساختاری کاتالیزور برای شماره‌گیری در طول‌های زنجیره محصول خاص استفاده می‌کنیم.
هوانگ توضیح داد که این نوع واکنش پذیری مولکول های بزرگتر در متخلخل است کاتالیزورها به طور کلی به طور گسترده مورد مطالعه قرار نمی گیرند. بنابراین این تحقیق برای درک علوم پایه و همچنین نحوه استفاده مجدد از پلاستیک مهم است.
ما واقعاً باید سیستم را بیشتر درک کنیم زیرا ما هنوز هر روز چیزهای جدیدی یاد می گیریم. هوانگ گفت: ما در حال بررسی پارامترهای دیگری هستیم که می توانیم برای افزایش بیشتر نرخ تولید و تغییر توزیع محصولات تنظیم کنیم. “بنابراین چیزهای جدید زیادی در لیست ما وجود دارد که منتظر کشف شدن هستند.”
این تحقیق بیشتر در مقاله «نانوذرات با اندازه کنترل شده در معماری مزو متخلخل که منجر به هیدروژنولیز کارآمد و انتخابی پلی اولفین ها می شود.نویسندگان X. Wu, A. Tennakoon, R. Yappert, M. Esveld, MS Ferrandon, RA Hackler, AM LaPointe, A. Heyden, M. Delferro, B. Peters، AD Sadow و W. Huang; و منتشر شده در مجله انجمن شیمی آمریکا.
تحقیق توسط موسسه فرآوری تعاونی پلاستیک (iCOUP)، به رهبری آزمایشگاه ایمز. iCOUP است مرکز تحقیقات مرز انرژی متشکل از دانشمندانی از آزمایشگاه ایمز، آزمایشگاه ملی آرگون، UC سانتا باربارا، دانشگاه کارولینای جنوبی، دانشگاه کرنل، دانشگاه نورث وسترن، و دانشگاه ایلینویز اوربانا-شامپین.
آزمایشگاه ایمز است وزارت انرژی آمریکا دفتر علوم یک آزمایشگاه ملی که توسط دانشگاه ایالتی آیووا اداره می شود. آزمایشگاه ایمز مواد، فناوری ها و راه حل های انرژی نوآورانه ایجاد می کند. ما از تخصص، توانایی های منحصر به فرد و همکاری بین رشته ای خود برای حل مشکلات جهانی استفاده می کنیم.
آزمایشگاه ایمز توسط دفتر علوم وزارت انرژی ایالات متحده پشتیبانی می شود. دفتر علوم بزرگترین حامی تحقیقات پایه در علوم فیزیکی در ایالات متحده است و برای رسیدگی به برخی از مهم ترین چالش های زمان ما کار می کند. برای اطلاعات بیشتر لطفا مراجعه کنید به https://energy.gov/science.