Kredit:Pixabay/CC0 Public Domain
Vad händer om plastflaskans livscykel var cirkulär? Där en använd plastflaska återlämnades till sina ursprungliga komponenter, redo att göras till en ny plastflaska istället för att eventuellt hamna på en soptipp.
En forskargrupp från Northwestern University är den första att visa att ett material som kallas en metall-organisk ram (MOF) är en stabil och selektiv katalysator för att bryta ner polyesterbaserad plast till dess beståndsdelar.
Det behövs bara tre saker:plast, väte och katalysatorn. En viktig bonus är att en av de beståndsdelar som plasten bryts ner till är tereftalsyra, en kemikalie som används för att tillverka plast. Med Northwestern-metoden är det inte nödvändigt att gå hela vägen tillbaka till olja och den dyra och energikrävande produktionen och separeringen av xylener.
"Vi kan göra mycket bättre än att börja om från början när vi gör plastflaskor", säger Omar Farha, professor i kemi vid Weinberg College of Arts and Sciences. Han är motsvarande författare till studien. "Vår process är mycket renare."
Verket publicerades nyligen i tidskriften Angewandte Chemie International Edition .
Forskarna valde en zirkoniumbaserad MOF kallad UiO-66 eftersom den är enkel att göra, skalbar och billig. Yufang Wu, studiens första författare och en gästande doktorand i Farhas grupp, använde den plast som var mest praktisk:vattenflaskorna i plast som hennes kollegor i labbet hade kasserat. Hon hackade upp dem, värmde plasten och applicerade katalysatorn.
"MOF presterade ännu bättre än vi förväntat oss," sa Farha. "Vi fann att katalysatorn var mycket selektiv och robust. Varken färgen på plastflaskan eller den olika plasten som flasklocken var gjorda av påverkade effektiviteten hos katalysatorn. Och metoden kräver inga organiska lösningsmedel, vilket är ett plus ."
Vad är MOF?
En klass av material i nanostorlek, MOF:er har undersökts flitigt på grund av deras mycket ordnade strukturer. Farha har studerat MOF i mer än ett decennium och tidigare visat att de kan användas för att förstöra giftiga nervämnen. I den aktuella studien, sa Farha, fungerar MOFs på ungefär samma sätt - bryter en esterbindning för att bryta ned polyetylentereftalat (PET). Denna plast är en av de mest populära konsumentplasterna i världen.
"Vi har använt zirkonium-MOF för att bryta ner nervämnen i flera år," sa Farha. "Teamet undrade sedan om dessa MOF också kunde bryta ned plast även om reaktionerna och mekanismerna är olika. Den nyfikenheten ledde till våra senaste fynd."
"Denna forskning hjälper till att ta itu med långvariga utmaningar i samband med plastavfall och öppnar upp nya områden och tillämpningar för MOFs," sa Farha.
Föreställ dig Tinkertoys
MOFs är gjorda av organiska molekyler och metalljoner eller kluster som självmonteras för att bilda flerdimensionella, mycket kristallina, porösa ramverk. För att föreställa sig strukturen hos en MOF, sa Farha, föreställ sig en uppsättning Tinkertoys där metalljonerna eller klustren är de cirkulära eller kvadratiska noderna och de organiska molekylerna är stavarna som håller ihop noderna.
Förutom att vara enkel att göra, skalbar och billig, är en annan fördel med UiO-66 att MOF:s organiska länk, tereftalsyra (TA), är vad du får när du bryter ner plast.
Strukturella karakteriseringsstudier visade att UiO-66 under nedbrytningsprocessen genomgår en intressant transformation till en annan zirkoniumbaserad MOF kallad MIL-140A. Denna MOF visade också stor katalytisk aktivitet mot PET-nedbrytning.
Titeln på uppsatsen är "Katalytisk nedbrytning av polyetylentereftalat med hjälp av ett fasövergångszirkoniumbaserat metall-organiskt ramverk." + Utforska vidare
