Forskare vid University of Illinois bidrar till utvecklingen av mer miljövänliga katalysatorer för produktion av plast- och hartsprekursorer som ofta härrör från fossila bränslen. Nyckeln till deras teknik kommer från att känna igen de unika fysikaliska och kemiska egenskaperna hos vissa metaller och hur de reagerar med väteperoxid.

Många plaster är gjorda av molekyler som kallas olefiner som härrör från organiska material som fossila bränslen. För att bilda dessa typer av plast, olefinmolekyler måste förändras med hjälp av oxiderande kemikalier för att göra plast- och hartsprekursorer, kallas monomerer, genom att omorganisera sina kemiska bindningar så att de kan nå ut och ta tag i andra monomerer. Detta gör att de kan sy ihop i långa molekylära kedjor - byggstenarna i plast, sa David Flaherty, professor i kemisk och biomedicinsk teknik.

"De nuvarande metoderna som används för att förvandla olefinmolekyler till något användbart använder också eller producerar saker vi inte vill ha, som klor, som kan vara frätande, och CO2, "sa Daniel Bregante, en doktorand i kemisk och biomedicinsk teknik som arbetar med Flaherty, och medförfattare till en rapport om den nya metoden.

Koldioxid anses ofta vara en avfallsprodukt från förbränning av fossila bränslen. Dock, Flaherty sa att en betydande mängd CO2 bildas från produktionen av plast som härrör från fossila bränslen.

Många produktionsprocesser använder miljöfarliga organiska peroxider eller klorerade oxidanter, Sa Bregante. Tillsammans, dessa bekymmer har fått forskarna att utforska grönare alternativ för plasttillverkning.

I ett papper publicerat i Journal of the American Chemical Society , gruppen tittar på hur och varför identiteten hos vissa metaller, kallas övergångsmetaller, påverkar reaktionen. De studerade också hur effektiv processen är när man använder väteperoxid - en miljövänlig oxidant vars enda avfallsprodukt är vatten, inte klor eller CO2.

För att bilda de kritiska monomererna, olefiner och oxidationsmedel passerar genom små, stela svampliknande strukturer som kallas zeoliter. Dessa zeoliter innehåller metalljoner i porrummen som fungerar som katalysatorer för att driva den kemiska reaktionen mot den plastproducerande vägen, Sa Bregante.

"Denna process har använts i decennier, "Sa Flaherty." Ändå, de bakomliggande orsakerna till hur metallatomerna aktiverar väteperoxid och varför vissa metaller är bättre än andra för denna kemi har inte förståtts helt. "

Flahertys grupp sa att deras reaktion kan ta två vägar:en som leder till bildandet av monomerer och en som leder till en slösaktig sönderdelning av väteperoxid. De har bevisat i sin senaste forskning att de två vägarna kommer att reagera olika beroende på vilken metall som används, och nästa steg blir att titta på hur förändring av porstorleken hos zeoliterna kommer att påverka reaktionerna.

Genom att låsa upp fler av mysterierna i denna reaktion, Flaherty och Bregante sa att deras forskning i slutändan kan leda till ett bredare branschanpassning av denna finjusterade och miljömedvetna version av en mycket äldre process.

"Vi behöver inte bara veta att det fungerar, men också hur det fungerar för att övertyga industrin att byta, "Sa Flaherty." Anläggningarna som används för att tillverka plast börjar nå slutet av sin livslängd, och ny industriell infrastruktur baserad på denna reviderade metod kan vara en nystart. "