En plaståtervinningsinnovation som gör mer med mindre, presenterad idag vid American Chemical Society höstmöte i Chicago, ökar samtidigt omvandlingen till användbara produkter samtidigt som man använder mindre av den ädla metallen rutenium.

"Den nyckelupptäckt vi rapporterar är den mycket låga metallbelastningen", säger kemisten Janos Szanyi i Pacific Northwest National Laboratory, som ledde forskargruppen. "Detta gör katalysatorn mycket billigare."

Den nya metoden omvandlar plast mer effektivt till värdefulla råvarukemikalier - en process som kallas "upcycling". Dessutom producerar den mycket mindre metan, en oönskad växthusgas, som en biprodukt, jämfört med andra rapporterade metoder.

"Det var väldigt intressant för oss att det inte hade publicerats något tidigare som visade det här resultatet", säger postdoktorn Linxiao Chen, som presenterade forskningen vid ACS. "Denna forskning visar på möjligheten att utveckla effektiva, selektiva och mångsidiga katalysatorer för plaståtervinning."

Mindre metall är mer i plaståtervinning

Petroleumbaserat plastavfall utgör en outnyttjad källa av kolbaserade kemikalier som kan fungera som utgångsmaterial för användbara hållbara material och bränslen. Mycket lite plast återvinns för närvarande, främst av ekonomiska och praktiska skäl. Men PNNL-forskare försöker förändra dynamiken genom att använda sin expertis för att effektivt bryta kemiska bindningar.

Det är välkänt att tillsats av väte - en reaktion som kallas hydrogenolys - till svåråtervinningsbara plaster som polypropen och polyeten är en lovande strategi för att omvandla plastavfall till förädlade små kolväten. Denna process kräver effektiva och selektiva katalysatorer för att göra den ekonomiskt genomförbar.

Det var där denna senaste PNNL-ledda forskning utmärkte sig.

Forskarteamet upptäckte att en minskning av mängden ädelmetall rutenium faktiskt förbättrade polymerens upcycling effektivitet och selektivitet. I en studie som nyligen publicerades i ACS Catalysis , visade de att förbättringen i effektivitet inträffade när det låga förhållandet mellan metall och stödstruktur fick strukturen att skifta från en ordnad uppsättning partiklar till oordnade atomflottor.

Fångade atomer

En meritlista av PNNL-expertis inom enatomskatalysatorer hjälpte teamet att förstå varför mindre är mer. Forskargruppen observerade övergången till oordning på molekylär nivå och använde sedan etablerad teori för att visa att enskilda atomer faktiskt är mer effektiva katalysatorer i detta experimentella arbete.

Arbetet bygger på forskning om atomfångning och enatomskatalysatorer av Yong Wang, professor i kemiteknik vid Washington State University, Pullman, och en PNNL Laboratory Fellow.

"Det har gjorts en hel del ansträngningar ur ett materialperspektiv för att försöka förstå hur enstaka atomer eller mycket små kluster kan göra effektiva katalysatorer", säger Gutiérrez.

På ACS beskrev Chen också nytt arbete som utforskar stödmaterialets roll för att förbättra systemets effektivitet.

"Vi har undersökt billigare och mer lättillgängliga stödmaterial för att ersätta ceriumoxid", säger Chen. "Vi fann att en kemiskt modifierad titanoxid kan möjliggöra en mer effektiv och selektiv väg för återanvändning av polypropen."

Lär dig hur man tolererar klor

För att göra metoden praktisk att använda med blandade plaståtervinningsströmmar undersöker forskargruppen nu hur förekomsten av klor påverkar effektiviteten av den kemiska omvandlingen.

"Vi undersöker mer krävande extraktionsförhållanden", säger kemisten Oliver Y. Gutiérrez, expert på industriella tillämpningar för katalys. "När du inte har en ren plastkälla, i en industriell återvinningsprocess, har du klor från polyvinylklorid och andra källor. Klor kan förorena plaståtervinningsreaktionen. Vi vill förstå vilken effekt klor har på vårt system."

Nu kan den grundläggande förståelsen hjälpa till att omvandla plastavfall som vanligtvis skulle sluta som föroreningar i miljön till användbara produkter. + Utforska vidare

Den mest direkta vägen till återanvändning av plast är att designa polymerer specifikt för återanvändning