據悉，一項新技術可以將問題塑料從垃圾填埋場轉移出來並將其轉化為燃料來源。這項創新將能以更少的錢做更多的事，與此同時還能增加對有用產品的轉化及貴金屬釕的更少使用。該研究成果於當地時間8月22日在芝加哥舉行的美國化學學會(ACS)秋季會議上發表。
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“我們報告的關鍵發現是非常低的金屬負荷，”領導該研究小組的西北太平洋國家實驗室(PNNL)化學家Janos Szanyi說道，“這使得催化劑的成本得到大大的降低。”
這項新技術更有效地將塑料轉化為有價值的商品化學品–這一過程被稱為“升級回收”。此外，跟其他報告的方法相比，它作為副產品產生的甲烷要少得多，而甲烷顯然是一種不受歡迎的溫室氣體。
在ACS會議上介紹這項研究的博士后研究科學家Linxiao Chen表示：“對我們來說非常有趣的是，以前沒有任何資料顯示這一結果。這項研究顯示了開發有效的、有選擇性的、多功能的塑料升級回收催化劑的機會。”
在塑料升級改造中，更少的金屬代表更多
以石油為基礎的塑料廢棄物代表了一種尚未開發的碳基化學品來源，其可以作為有用的耐用材料和燃料的起始材料。儘管回收箱中有充足的供應，但目前實際回收的塑料非常少，主要是出於經濟和實際的原因。然而PNNL的研究人員正在試圖通過應用他們在有效打破化學鍵方面的專業知識來改變這一動態。
眾所周知，在難以回收的塑料（如聚丙烯和聚乙烯）中加入氫氣–一種被稱為氫解的反應是將塑料廢料轉化為有價值的小碳氫化合物的一種有前途的戰略。但這個過程需要高效和有選擇性的催化劑，以使其在經濟上可行。
這就是最近PNNL領導的這項研究的優勢所在。
該科學家團隊發現，減少貴金屬釕的用量實際上提高了聚合物的升級回收效率和選擇性。在最近發表在《ACS Catalysisi》上的一項研究中，他們表明，當金屬跟支撐結構的低比率導致結構從有序的粒子陣列轉變為無序的原子筏時效率的提高就發生了。
捕獲的原子
PNNL在單原子催化劑方面的專業技術記錄幫助該團隊理解為什麼少即是多。研究人員在分子水平上觀察到了向無序狀態的轉變，然後利用已有的理論表明，在這項實驗工作中，單原子實際上是更有效的催化劑。
這項工作建立在華盛頓州立大學普爾曼分校化學工程系教授、PNNL實驗室研究員Yong Wang在原子捕集和單原子催化劑方面的研究基礎上。
Gutiérrez說道：“從材料的角度來看，已經有很多人努力嘗試了解單原子或非常小的團簇如何能成為有效的催化劑。”
在ACS，Chen還描述了探索支持材料在提高系統效率方面的作用的新工作。
“我們研究了更便宜和更容易獲得的支持材料來替代氧化鈰。我們發現，經過化學改性的氧化鈦可能會使聚丙烯的回收有更有效和更有選擇性的途徑，”Chen說道。
學習如何容忍氯氣
為了使該方法能實用於混合塑料回收流，研究人員現在正在探索氯氣的存在如何影響化學轉換的效率。
化學家Oliver Y. Gutiérrez說道：“我們正在研究更苛刻的提取條件。當你沒有一個乾淨的塑料來源時，在一個工業的升級回收過程中，你有來自聚氯乙烯和其他來源的氯。氯氣會污染塑料升級回收反應。我們想了解氯氣對我們的系統有什麼影響。”
據悉，Gutiérrez是催化工業應用方面的專家。
現在，這種基本的理解將可能有助於把通常會作為環境污染的廢棄塑料轉化為有用的產品。