Подвергнув распространенный тип пластика воздействию недорогого катализатора и оставив его под воздействием окружающего воздуха, исследователи расщепили 94 % материала всего за четыре часа.

Пластик превратился в терефталевую кислоту (ТФК), очень ценный строительный блок для полиэфиров. Поскольку ТФК можно перерабатывать в более ценные материалы, этот процесс представляет собой более безопасную и дешевую альтернативу существующим методам переработки пластика. Исследователи опубликовали свои результаты 3 февраля в журнале Green Chemistry.

«США занимают первое место по загрязнению окружающей среды пластиком на душу населения, а мы перерабатываем только 5% этого пластика», — сказал в своем заявлении соавтор исследования Йоси Кратиш, доцент химии Северо-Западного университета. «Что особенно интересно в нашем исследовании, так это то, что мы используем влагу из воздуха для расщепления пластика, добиваясь исключительно чистого и селективного процесса. Извлекая мономеры, которые являются основными строительными блоками ПЭТ [полиэтилентерефталата], мы можем перерабатывать или даже перерабатывать их в более ценные материалы».

Проблема пластиковых отходов становится все более актуальной. По данным Европейского агентства по охране окружающей среды, с 2000 года было произведено более половины всего когда-либо производимого пластика, а к 2050 году ежегодное производство, по прогнозам, удвоится.

На сегодняшний день только 9 % всех когда-либо произведенных пластмасс было переработано. Остальные, срок службы которых зачастую исчисляется поколениями, могут оказывать серьезное воздействие на окружающую среду и здоровье людей. Например, они вымываются в море, образуя плавающие клубы мусора, наносят вред дикой природе и распадаются на микропластик, который может попасть в мозг человека и другие части нашего тела.

Чтобы найти новый метод расщепления этих отходов, исследователи нанесли катализатор из молибдена — серебристого, вязкого металла — и активированного угля на ПЭТ, самый распространенный тип полиэфирного пластика. Затем исследователи нагрели смесь. Через некоторое время это привело к разрыву химических связей полиэтилена.

Затем, когда команда подвергла материал воздействию воздуха, смесь превратилась в TPA, ценный предшественник полиэфира, и ацетальдегид, промышленный химикат, который также является ценным и легко извлекается из смеси.

Протестировав метод на смешанных пластиках, исследователи обнаружили, что он действует только на полиэфирные материалы. Это означает, что им не нужно было предварительно сортировать пластик. Он работал с пластиковыми бутылками, футболками и цветными пластиками, расщепляя их до чистого, бесцветного TPA.

«Он работал идеально», — говорит Кратиш. «Когда мы добавили больше воды, он перестал работать, потому что воды было слишком много. Это тонкий баланс. Но оказалось, что количество воды в воздухе было как раз подходящим».

Следующим шагом команды будет адаптация процесса к крупномасштабному промышленному применению.

«Наша технология способна значительно уменьшить загрязнение окружающей среды пластиком, снизить экологический след пластика и способствовать развитию циркулярной экономики, в которой материалы используются повторно, а не выбрасываются», — сказал в своем заявлении первый автор исследования Навин Малик, который в то время был научным сотрудником Северо-Западного университета. «Это ощутимый шаг к более чистому и экологичному будущему, и он демонстрирует, как инновационная химия может решать глобальные проблемы в согласии с природой».

Новый метод, разработанный учеными, открывает многообещающие перспективы для решения глобальной проблемы пластиковых отходов. Простота процесса, использующего доступные материалы и влагу из воздуха, делает его экономически выгодной и экологически безопасной альтернативой существующим методам переработки. Получение ценной терефталевой кислоты (ТФК) из пластиковых отходов позволяет не только сократить количество мусора, но и создать замкнутый цикл производства полиэфиров.

Успешное тестирование метода на различных типах полиэфирных материалов, включая смешанные и цветные пластики, подтверждает его универсальность и практическую применимость. Отсутствие необходимости предварительной сортировки пластика упрощает процесс и снижает затраты на переработку.

Исследователи подчеркивают, что их технология способна значительно уменьшить загрязнение окружающей среды пластиком и способствовать развитию циркулярной экономики. Адаптация процесса к крупномасштабному промышленному применению станет следующим шагом к реализации этой цели.

Разработка нового метода расщепления пластика демонстрирует потенциал инновационной химии в решении глобальных экологических проблем и создании более экологичного будущего.