Ett forskarlag ledd av prof. Zeng Jie från University of Science and Technology of China (USTC) vid den kinesiska vetenskapsakademin (CAS), har gjort ett betydande genombrott inom området plaståtervinning.

Deras studie, med titeln "Lösningsmedels- och vätefri katalytisk omvandling av högdensitetspolyetenplaster", introducerar en ny tandemstrategi för dehydroaromatisering och hydrogenolys för att omvandla högdensitetspolyeten (HDPE) plast till värdefulla cykliska kolväten utan behov av lösningsmedel eller väte . Resultaten publicerades i Nature Nanotechnology .

Polyeten, en av de mest använda plasterna, utgör utmaningar när det gäller naturlig nedbrytning på grund av dess stabila kemiska struktur. Återvinningsteknik för avfall av polyetenplast minskar inte bara föroreningar utan erbjuder också ekonomiska fördelar.

Med inspiration från två processer inom petroleumindustrin, nämligen katalytisk reformering av kortkedjiga bensinfraktioner och hydrokrackning av tungoljor, försökte forskargruppen behandla HDPE-plastavfall som en fast petroleumråvara genom miljövänlig katalytisk omvandling, och därigenom producera nedströms petroleumbaserade kemiska produkter.

Inspirerad av två processer inom petroleumindustrin fokuserade forskargruppen på katalytisk reformering av kortkedjiga bensinfraktioner för att erhålla cykliska kolväten av högre värde, som genererar väte, och hydrokrackning av tungoljor för att producera kortkedjiga kolväten, som förbrukar väte. .

Med utgångspunkt i dessa processer, utarbetade forskargruppen en "väteandas"-strategi för nedbrytning av högdensitetspolyeten (HDPE) plast. De utvecklade en molekylsilladdad metallisk ruteniumkatalysator (Ru/HZSM-5) som underlättar dehydreringen av plasten till cykliska kolväten, "andas ut" väte i processen. Samtidigt "andas" plasten in det frigjorda vätet och genomgår sprickbildning och omvandlas till kortkedjiga kolväten.

Forskargruppen undersökte sedan uppcyklingsreaktionsvägarna för högdensitetspolyetenplaster. De genomförde katalytiska experiment på återvinning av HDPE-plaster med olika molekylsilbelastningar av ruteniummetall, och undersökte effekten av molekylsiktporerna på reaktionen.

Resultaten visar att molekylsilen HZSM-5 har en måttlig porstorlek, vilket inte bara undviker bildningen av tjocka cykliska aromatiska kolväten och kolavlagringar, utan också säkerställer smidig desorption av cykliska kolväten, vilket garanterar kontinuiteten och stabiliteten hos katalytiken. reaktion. Ru/HZSM-5 katalysatorer har en mycket god cyklisk stabilitet och är även lämpliga för olika typer av polyetenplaster.

Denna forskning representerar ett betydande framsteg inom plaståtervinning och har ett stort löfte för en hållbar utveckling av vårt samhälle. Genom att tillhandahålla en innovativ lösning för omvandling av HDPE-plast till värdefulla cykliska kolväten, bidrar denna studie till de pågående ansträngningarna att ta itu med plastavfall och främja en mer hållbar framtid.

Mer information: Junjie Du et al., Effektiv lösningsmedels- och vätefri återcirkulering av högdensitetspolyeten till separerbara cykliska kolväten, Nature Nanotechnology (2023). DOI:10.1038/s41565-023-01429-9

Journalinformation: Nanoteknik i naturen

Tillhandahålls av University of Science and Technology i Kina