211service.com
Katalysatorer för plaståtervinning
En plastflaska som slängs i återvinningskärlet kan sluta strimlas och återanvändas för att göra en tröja eller en matta, men den kommer inte att förvandlas till ytterligare en vattenflaska. Åtminstone inte än så länge. Katalysatorer som utvecklas av forskare vid IBM och Stanford skulle kunna göra det kostnadseffektivt att bryta ner polyetylentereftalat, eller PET, plast till deras ingående kemikalier för återanvändning som flaskor. Företaget arbetar med att testa sin PET-återvinningskatalysator i stor skala för att så småningom utveckla den för industriell användning.
Återvinning av plast: James Hedrick, en forskare vid IBM:s Almaden Research Center, utvecklar katalysatorer som hjälper till att kemiskt återvinna PET-plasten som används för att tillverka dessa flaskor.
De flesta dryckesflaskor av plast är gjorda av PET, precis som allt annat med återvinningsstämpeln. Vanligtvis tvättas plasten, mals mekaniskt och blandas med ny PET för att göra en polymer som inte är lämplig för förpackning men som kan användas för att göra sekundära produkter, inklusive kläder och mattor.
Mekanisk, snarare än kemisk, återvinning används för PET eftersom det är för dyrt att bryta ner polymeren i dess kemiska delar, säger Dennis Sabourin, verkställande direktör för National Association for PET Container Resources , en branschorganisation. Det finns två befintliga metoder för att åstadkomma den kemiska reaktionen, säger Sabourin, men de är mycket energikrävande och har övergetts på grund av kostnaden. Även med användning av befintliga katalysatorer för att hjälpa återvinningsreaktionerna, måste dessa processer göras vid höga temperaturer och under högt tryck, och ta lång tid. Om de nya katalysatorerna har ens en viss framgång skulle det vara stora nyheter, säger Sabourin.
Forskarna från IBM och Stanford, som beskrev sitt arbete i dag i tidskriften Makromolekyler , har utvecklat flera nya katalysatorer, varav en kan användas för att kemiskt återvinna PET på kort tid vid 75 ºC. PET tillverkas av två råvaror, en av dem en organisk syra, den andra etylenglykol, vilket är relativt billigt. Katalysatorn arbetar i en etylenglykollösning. När uppskurna vattenflaskor placeras i lösningen får katalysatorn den organiska syran i plasten att reagera med etylenglykolen i lösning för att göra PET som är av samma kvalitet som användes för att tillverka flaskan från början.
De nya katalysatorerna är ett resultat av ett decennierlångt forskningsprojekt vid IBM för att utveckla bättre sätt att tillverka de polymerer som används som ett isolerande skikt i datorchips. Dessa skikt framställs traditionellt med katalysatorer som innehåller metall. Metalliska katalysatorer är mycket aktiva, men de är svåra att ta bort när reaktionen väl är klar och lämnar små föroreningar som ändå kan störa ett chips prestanda. Dessa metallföroreningar kan också läcka ut och bli en miljöförorening när spånet kasseras i slutet av sin livstid. Att ta bort den katalysatorn är kostsamt, så vi började leta efter ett nytt sätt att tillverka polymerer, säger James Hedrick, ledande forskare vid IBM:s Almadens forskningscenter i San Jose, CA.
IBM-forskarna vände sig till organiska katalysatorer, vars design liknar biologiska enzymer.
Organiska katalysatorer har traditionellt kritiserats hårt eftersom de har låg aktivitet och det krävs stora mängder av dem för att hjälpa en reaktion, säger Hedrick. Vi hittade familjer av katalysatorer som är lika aktiva som metalliska katalysatorer, av vilka några är bra för att arbeta med isoleringsmaterial för spån, och några av dem kan fungera med PET. IBM-forskarna samarbetade med en beräkningskemigrupp inom företaget för att modellera aktiviteten hos katalysatorerna och har demonstrerat dem experimentellt i labbet.
Katalysatorn för PET-återvinning, en typ av molekyl som kallas en karben, inspirerades av vitamin B1, säger Stanfords kemiprofessor Robert Waymouth . Forskarna från Stanford och IBM gissade att en liknande organisk liten molekyl kan vara bra på att katalysera reaktioner som binder samman estrar för att göra långa polymerer.
IBM-forskarna kommer nu att samarbeta med forskare vid King Abdulaziz City för vetenskap och teknik i Saudiarabien för att testa kemisk återvinning av PET i större skala. Vi måste se om det vi upptäckte på labbbänken kan fungera i stora reaktorer, säger Waymouth. I de första testerna kommer de att fokusera på att bryta ner polymeren till dess beståndsdelar. Men företaget har också haft goda resultat genom att använda sina organiska katalysatorer för att depolymerisera PET för att göra specialiserade material såsom råmaterial för höghållfasta plaster som är mer värdefulla men är dyra att tillverka med andra vägar. Du börjar med skräp och bygger upp det igen till material med högre värde, säger du Robert Allen , senior chef för avancerad materialkemi på IBM Almaden.