Kemister vid Nanyang Technological University, Singapore (NTU Singapore) har upptäckt en metod som kan göra plastavfall till värdefulla kemikalier genom att använda solljus.

I laboratorieexperiment, forskargruppen blandade plast med sin katalysator i ett lösningsmedel, som gör att lösningen kan utnyttja ljusenergi och omvandla den upplösta plasten till myrsyra - en kemikalie som används i bränsleceller för att producera elektricitet.

Rapporterar sitt arbete i Avancerad vetenskap , laget ledd av NTU -biträdande professor Soo Han Sen från School of Physical and Mathematical Sciences gjorde sin katalysator från prisvärda, biokompatibel metallvanadin, vanligen används i stållegeringar för fordon och aluminiumlegeringar för flygplan.

När den vanadinbaserade katalysatorn löstes i en lösning innehållande en icke-biologiskt nedbrytbar konsumentplast som polyeten och exponerades för artificiellt solljus, det bröt ner kol-kolbindningarna i plasten på sex dagar.

Denna process förvandlade polyeten till myrsyra, ett naturligt förekommande konserveringsmedel och antibakteriellt medel, som också kan användas för energiproduktion från kraftverk och i vätebränslecellfordon.

"Vi ville utveckla hållbara och kostnadseffektiva metoder för att utnyttja solljus för att tillverka bränslen och andra kemiska produkter, "sa Asst Prof Soo." Denna nya kemiska behandling är den första rapporterade processen som helt kan bryta ner en icke-biologiskt nedbrytbar plast, t.ex. polyeten med hjälp av synligt ljus och en katalysator som inte innehåller tungmetaller. "

I Singapore, det mesta plastavfallet förbränns, producerar växthusgaser som koldioxid, och den överblivna massbrännaskan-transporteras till deponin i Semakau, som beräknas ta slut i rymden 2035.

Utveckla innovativa lösningar för nollavfall, som denna miljövänliga katalysator för att förvandla avfall till resurser, är en del av NTU Smart Campus vision att utveckla en hållbar framtid.

Använda energi från solen för att omvandla kemikalier

Den vanadinbaserade katalysatorn, som stöds av organiska grupper och vanligtvis förkortas som LV (O), använder ljusenergi för att driva en kemisk reaktion och är känd som en fotokatalysator.

Fotokatalysatorer möjliggör att kemiska reaktioner drivs av solljus, till skillnad från de flesta reaktioner som utförs i branschen som kräver värme, genereras vanligtvis genom förbränning av fossila bränslen.

Andra fördelar med den nya fotokatalysatorn är att den är låg kostnad, riklig, och miljövänlig, till skillnad från vanliga katalysatorer tillverkade av dyra eller giftiga metaller som platina, palladium eller rutenium.

Medan forskare har försökt andra metoder för att förvandla avfallplast till användbara kemikalier, många metoder involverar oönskade reagenser eller för många steg för att skala upp.

Ett exempel är ett tillvägagångssätt som kallas fotoreformering, där plast kombineras med vatten och solljus för att producera vätgas, men detta kräver användning av katalysatorer som innehåller kadmium, en giftig tungmetall. Andra metoder kräver att plasten behandlas med hårda kemiska lösningar som är farliga att hantera.

De flesta plaster är inte biologiskt nedbrytbara eftersom de innehåller utomordentligt inerta kemiska bindningar som kallas kol-kolbindningar, som inte lätt bryts ner utan applicering av höga temperaturer.

Den nya vanadinbaserade fotokatalysatorn som utvecklats av NTU-forskargruppen var speciellt utformad för att bryta dessa bindningar, och gör det genom att låsa på en närliggande kemisk grupp som kallas en alkoholgrupp och använda energi som absorberas från solljuset för att riva upp molekylen som en blixtlås.

När experimenten utfördes i laboratorieskala, plastproverna löstes först genom upphettning till 85 grader Celsius i ett lösningsmedel, före katalysatorn, som är i pulverform, var upplöst. Lösningen exponerades sedan för artificiellt solljus under några dagar. Med hjälp av detta tillvägagångssätt visade teamet att deras fotokatalysator kunde bryta kol-kolbindningarna i över 30 olika föreningar och resultaten visade konceptet med en miljövänlig, billiga fotokatalysatorer.

Forskargruppen fortsätter nu förbättringar av processen som kan tillåta nedbrytning av plast för att producera andra användbara kemiska bränslen, såsom vätgas.