Científicos desarrollan estrategia para acelerar el reciclaje de plástico

El reciclaje de plástico avanza principalmente debido a un catalizador de nuevo diseño para la desintegración del plástico. Un equipo de investigadores dirigido por expertos del Laboratorio Ames ha producido el primer catalizador inorgánico procesado para descomponer los polímeros de poliolefina en productos químicos para producir productos más valiosos en 2020.

Se ven dos tipos diferentes de catalizador, con parte de la carcasa removida para mostrar el interior. La bola blanca representa la corteza de sílice, los agujeros son los poros. Las esferas de color verde brillante representan los sitios estimulados, y las de la izquierda son mucho más pequeñas que las de la derecha. Las cadenas rojas más largas representan las cadenas de polímeros y las cadenas más cortas son productos posteriores a la estimulación. Todas las cadenas más cortas tienen un tamaño similar, lo que representa una selectividad constante en las diversidades de catalizadores. Además, hay cadenas más pequeñas producidas por los sitios de catalizador más pequeños porque la reacción ocurre más rápidamente. Crédito de la imagen: Laboratorio Ames

Desde entonces, el equipo ha ideado y probado un plan para acelerar el cambio sin comprometer los productos atractivos.

Fue Wenyu Huang, científico de Ames Lab, a quien se le ocurrió la idea del catalizador. Contiene partículas de platino soportadas por un núcleo de sílice sólido y recubiertas con una capa de sílice con orificios uniformes que pueden brindar acceso a los sitios catalíticos.

Debido al alto costo del platino y al suministro limitado, la cantidad total de platino requerida es mínima. Largas cadenas de polímero penetran en los poros y tocan los sitios catalíticos durante las pruebas de desmontaje, luego las cadenas se descomponen en partes más pequeñas que ya no son plásticas.

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El equipo creó tres tipos diferentes de catalizador, según Aaron Sado, científico de la Universidad de Laboratorio Ames y presidente del Instituto Cooperativo de Reciclaje de Plásticos (iCOUP). Los núcleos y las cubiertas porosas de cada variante tenían el mismo tamaño, pero los diámetros de las partículas de platino oscilaban entre 1,7 y 2,9 y 5,0 nm.

Los investigadores predijeron que los cambios en el tamaño de las partículas de platino alterarían la longitud de la cadena del producto, dando como resultado cadenas más largas para moléculas de platino grandes y cadenas más cortas para moléculas de platino pequeñas. Sin embargo, los investigadores determinaron que la longitud de la cadena de productos para los tres catalizadores era la misma.

En la literatura, la selectividad de las reacciones de escisión de enlaces carbono-carbono generalmente varía con el tamaño de las nanopartículas de platino. Al colocar platino en el fondo de nuestros poros, vimos algo completamente único.

Aaron Sado, científico, Laboratorio Ames

En cambio, los tres catalizadores tenían tasas variables de división de la cadena en moléculas más pequeñas. Las partículas de platino más grandes reaccionaron más lentamente con el polímero de cadena más larga, pero las partículas más pequeñas respondieron más rápido.

Esta tasa más alta puede deberse a que las superficies de las nanopartículas más pequeñas tienen una mayor proporción de sitios de borde y esquina de platino. Estos sitios son más activos en la ruptura de la cadena polimérica que el platino en las caras de las partículas.

Los hallazgos son significativos, según Sadow, porque revelan el potencial para alterar la actividad independientemente de la selectividad en estos procesos.

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Sad agregó: «Ahora, estamos seguros de que podemos hacer un catalizador más activo que masticará el polímero más rápido, mientras usamos los parámetros estructurales del catalizador para ordenar longitudes de cadena de productos específicas.«

Este tipo de interacción molecular más grande en catalizadores porosos no se ha explorado bien, según Huang. Como resultado, la investigación es fundamental para comprender la ciencia básica y cómo se aplica al reciclaje de plástico.

Realmente necesitamos entender más el sistema porque todavía estamos aprendiendo cosas nuevas todos los días. Estamos explorando otros parámetros que podemos ajustar para aumentar la tasa de producción y cambiar la distribución del producto. Entonces, hay muchas cosas nuevas en nuestra lista esperando que las descubramos.

Wenyu Huang, científico, Laboratorio Ames

El artículo fue escrito en colaboración por X. Wu, A. Tennakoon, R. Yappert, M. Esveld, MS Ferrandon, R. A. Hackler, A. M. LaPointe, A. Heyden, M. Delferro y B. Peters, y está publicado en Revista de la Sociedad Química Estadounidense.

El Instituto de Reciclaje Cooperativo de Plásticos (iCOUP), dirigido por el Laboratorio Ames, realizó el estudio. Científicos del Laboratorio Ames, el Laboratorio Nacional Argonne, la Universidad de California Santa Bárbara, la Universidad de Carolina del Sur, la Universidad de Cornell, la Universidad Northwestern y la Universidad de Illinois Urbana-Champaign conforman el Centro de Investigación iCOUP Energy Frontier.

Referencia de la revista:

Wu. X, y otros. (2022) Las nanopartículas de tamaño ajustado incrustadas en una estructura porosa conducen a una hidrogenólisis eficiente y selectiva de las poliolefinas. Revista de la Sociedad Química Estadounidense doi: 10.1021/jacs.1c11694.

fuente: https://www.ameslab.gov/

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