Plasticvervuiling is een van de meest complexe milieuproblemen geworden, vooral in de context van de toenemende productie en vraag naar plastic materialen. Terwijl innovaties in de polymeerchemie ons leven in het midden van de 20e eeuw radicaal hebben veranderd, de uitstekende eigenschappen van kunststoffen zoals duurzaamheid, chemische stabiliteit, sterkte en vele andere kenmerken vormen een serieus probleem voor het recyclen van dergelijke materialen.

Volgens sommige schattingen tegen het jaar 2050, er zal meer plastic afval dan vis in de oceanen zijn in totaal gewicht, met de jaarlijkse productie van plastic materialen van meer dan 1,1 miljard ton. De wereldwijde productie van kunststoffen in 2015 werd geschat op ongeveer 380 miljoen ton, en de cumulatieve hoeveelheid afval die tussen 1950 en 2015 werd gegenereerd, bedroeg ongeveer 6,3 miljard ton. Slechts 9% van het afval werd gerecycled en maar liefst 60% van al het plastic dat ooit werd gemaakt, kwam in het milieu terecht.

Het rationaliseren van het gebruik van plastic producten en het vergroten van het bewustzijn van de consument om afval te sorteren en te recyclen is belangrijk om de vervuiling te verminderen. Echter, het vinden van technische oplossingen en methoden om plastic afval efficiënter te verwerken en om te zetten in waardevolle chemicaliën vormt nog steeds een grote uitdaging voor onderzoekers over de hele wereld.

Polyethyleentereftalaat (PET) is een synthetische polyester die veel wordt gebruikt bij de productie van frisdrankflessen en textielvezels. PET is een thermoplast gemaakt van herhalende eenheden van tereftaalzuur en ethyleenglycol, via een esterbinding met elkaar verbonden. Vandaar de populaire naam polyester, die vooral in de textielindustrie wordt gebruikt.

De esterbinding kan worden gesplitst door hydrolyse om PET-afval weer om te zetten in zijn monomeerbestanddelen. Huidige chemische methoden voor PET-recycling vereisen het gebruik van organische oplosmiddelen bij hoge temperaturen en drukken om depolymerisatie tot monomeerderivaten in praktische opbrengsten te bereiken.

Onderzoek naar de mogelijkheden van het gebruik van kogelfrezen in het proces van PET-depolymerisatie, Dr. Vjekoslav Štrukil van het RBI-laboratorium voor fysisch-organische chemie heeft PET met succes afgebroken tot monomeer tereftaalzuur bij omgevingstemperatuur en -druk, waarbij tereftaalzuur ook het uitgangsmateriaal is voor de productie van deze kunststof.

Mechanochemie is recentelijk een van de meest veelbelovende gebieden van de chemische wetenschap geworden vanwege de extreem hoge efficiëntie, eenvoud, snelheid, en het vermogen om het gebruik van giftige organische oplosmiddelen aanzienlijk te verminderen of het gebruik ervan bij chemische reacties volledig te vermijden.

"Hoewel de International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) mechanochemie heeft gerangschikt, evenals de afbraak van polymeren tot monomeren, in de top tien van innovaties in de chemie die de wereld zullen veranderen, een effectieve mechanochemische PET-afbraak is nog niet beschreven in de wetenschappelijke literatuur, " zegt Dr. Štrukil.

In de laatste studie beschrijft Dr. Štrukil een zeer efficiënte alkalische hydrolyse van afval-PET in vaste toestand bij omgevingstemperatuur en -druk, bereikt door mechanochemisch kogelmalen met PET-conversie en monomeer geïsoleerde opbrengsten tot 99%.

Uitstekende opbrengsten werden ook behaald door de zogenaamde dampondersteunde veroudering van handmatig gemengde of voorgemalen vaste mengsels van PET en natriumhydroxide in een vochtige omgeving of in aanwezigheid van alcoholdampen. Veroudering in alcoholdampen vertegenwoordigt een nog mildere route naar PET-depolymerisatie met 99% conversie bij kamertemperatuur.

"Sommige experimenten begonnen net voor de lockdown in maart, gevolgd door een aardbeving. Natuurlijk, dit alles heeft het onderzoek vertraagd en bijna volledig stilgelegd. Hierdoor gingen die resultaten volledig verloren en moesten we ons onderzoek na de lockdown helemaal opnieuw beginnen. Echter, die surrealistische situatie heeft nieuwe ideeën opgeleverd, dus toen ik in mei weer aan het werk ging, Ik heb mijn onderzoek gericht op de veroudering van PET-kunststoffen bij omgevingstemperatuur en -druk in dampen van verschillende vloeibare fasen zoals acetonitril, methanol of ethanol, " legt Dr. Štrukil uit.

Gepubliceerde resultaten tonen aan dat mechanochemisch malen en dampondersteund verouderen, als twee complementaire vastestoftechnieken, hebben ook het potentieel voor alkalische afbraak van PET-plastics en PET-textiel op grotere schaal. De beschreven methodologie zou kunnen dienen als platform voor de ontwikkeling van nieuwe en efficiënte milieuvriendelijke processen voor de productie van tereftaalzuur uit afval-PET dat overvloedig aanwezig is in het milieu, in plaats van niet-hernieuwbare bronnen zoals fossiele brandstoffen.

Deze resultaten zijn gepubliceerd in ChemSusChem .