Hoewel het recyclen van kunststoffen geen nieuwe wetenschap is, huidige processen maken het economisch niet de moeite waard - afvalplastic wordt "gedowncycled" naar een lagere kwaliteit, minder bruikbaar materiaal. Het is een uitdaging die een obstakel blijft bij het aanpakken van een groeiende wereldwijde vervuilingscrisis in kunststoffen voor eenmalig gebruik.

Een multi-institutioneel team van wetenschappers onder leiding van het Ames Laboratory van het Amerikaanse ministerie van Energie heeft een eerste in zijn soort katalysator ontwikkeld die in staat is om polyolefinekunststoffen zoals polyethyleen en polypropyleen te verwerken, soorten polymeren die veel worden gebruikt in zaken als plastic boodschappentassen, melkkannen, shampooflessen, speelgoed, en voedselcontainers. Het proces resulteert in uniforme, hoogwaardige componenten die kunnen worden gebruikt voor de productie van brandstoffen, oplosmiddelen, en smeeroliën, producten die een hoge waarde hebben en mogelijk van deze en andere gebruikte kunststoffen een onaangeboorde hulpbron kunnen maken.

"We hebben een grote stap voorwaarts gemaakt met dit werk, " zei Aaron Sadow, een wetenschapper bij Ames Laboratory en de directeur van het Institute for Cooperative Upcycling of Plastics (iCOUP). "We veronderstelden dat we konden lenen van de natuur, en bootsen de processen na waarmee enzymen macromoleculen zoals eiwitten en cellulose precies uit elkaar halen. Dat is ons gelukt, en we zijn verheugd om dit proces verder te optimaliseren en te ontwikkelen."

Het unieke proces is gebaseerd op nanodeeltjestechnologie. Ames Lab-wetenschapper Wenyu Huang ontwierp een mesoporeus silica-nanodeeltje bestaande uit een kern van platina met katalytische actieve plaatsen, omgeven door lange silicaporiën, of kanalen, waar de lange polymeerketens doorheen lopen naar de katalysator. Met dit ontwerp, de katalysator kan de langere polymeerketens vasthouden en splitsen in consistente, uniforme kortere stukken die het meeste potentieel hebben om te worden geüpcycled tot nieuwe, meer bruikbare eindproducten.

"Dit type gecontroleerd katalyseproces is nog nooit eerder ontworpen op basis van anorganische materialen, "Huang, die gespecialiseerd is in het ontwerpen van structureel goed gedefinieerde nanokatalysatoren. "We konden aantonen dat het katalytische proces in staat is om meerdere identieke deconstructiestappen op hetzelfde molecuul uit te voeren voordat het wordt vrijgegeven."

Dankzij de metingen van Fred Perras, de vastestof NMR-expert van Ames Laboratory, kon het team de activiteit van de katalysator op atomaire schaal onderzoeken. en bevestigde dat de lange polymeerketens gemakkelijk door de poriën van de katalysator bewogen op een manier die leek op de enzymatische processen die de wetenschappers wilden navolgen.

Het onderzoek wordt verder besproken in de paper, "Katalytische upcycling van polyethyleen met hoge dichtheid via een procesmechanisme, " gepubliceerd in Natuur Katalyse .