Wat als de levenscyclus van de plastic fles circulair was? Waar een gebruikte plastic fles werd teruggebracht naar zijn originele componenten, klaar om te worden verwerkt tot een nieuwe plastic fles in plaats van mogelijk op een stortplaats te belanden.

Een onderzoeksteam van de Northwestern University is de eerste die aantoont dat een materiaal dat een metaal-organisch raamwerk (MOF) wordt genoemd, een stabiele en selectieve katalysator is voor het afbreken van op polyester gebaseerd plastic in zijn samenstellende delen.

Er zijn maar drie dingen nodig:plastic, waterstof en de katalysator. Een belangrijke bonus is dat een van de componenten waarin het plastic wordt afgebroken, tereftaalzuur is, een chemische stof die wordt gebruikt om plastic te produceren. Met de Northwestern-methode is het niet nodig om helemaal terug te gaan naar olie en de dure en energie-intensieve productie en scheiding van xylenen.

"We kunnen veel beter dan helemaal opnieuw beginnen bij het maken van plastic flessen", zegt Omar Farha, hoogleraar scheikunde aan het Weinberg College of Arts and Sciences. Hij is de corresponderende auteur van de studie. "Ons proces is veel schoner."

Het werk is onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Angewandte Chemie International Edition .

De onderzoekers kozen voor een op zirkonium gebaseerde MOF genaamd UiO-66 omdat het gemakkelijk te maken, schaalbaar en goedkoop is. Yufang Wu, de eerste auteur van de studie en een bezoekende afstudeerstudent in Farha's groep, gebruikte het plastic dat het handigst was:de plastic waterflessen die haar collega's in het laboratorium hadden weggegooid. Ze hakte ze in stukken, verhitte het plastic en bracht de katalysator aan.

"De MOF presteerde zelfs beter dan we hadden verwacht", zei Farha. "We vonden de katalysator erg selectief en robuust. Noch de kleur van de plastic fles, noch het andere plastic waarvan de doppen zijn gemaakt, hadden invloed op de efficiëntie van de katalysator. En de methode vereist geen organische oplosmiddelen, wat een pluspunt is ."

Wat zijn MOF's?

MOF's, een klasse van materialen van nanoformaat, zijn op grote schaal onderzocht vanwege hun sterk geordende structuren. Farha bestudeert al meer dan tien jaar MOF's en toonde eerder aan dat ze kunnen worden gebruikt om giftige zenuwgassen te vernietigen. In de huidige studie, zei Farha, werken MOF's op vrijwel dezelfde manier:het verbreken van een esterbinding om polyethyleentereftalaat (PET) af te breken. Dit plastic is wereldwijd een van de meest populaire consumentenplastics.

"We gebruiken al jaren zirkonium-MOF's om zenuwgassen af ​​​​te breken," zei Farha. "Het team vroeg zich vervolgens af of deze MOF's ook plastic kunnen afbreken, ook al zijn de reacties en het mechanisme anders. Die nieuwsgierigheid leidde tot onze recente bevindingen."

"Dit onderzoek helpt bij het aanpakken van al lang bestaande uitdagingen in verband met plastic afval en opent nieuwe gebieden en toepassingen voor MOF's," zei Farha.

Stel je Tinkertoys voor

MOF's zijn gemaakt van organische moleculen en metaalionen of clusters die zichzelf assembleren om multidimensionale, zeer kristallijne, poreuze raamwerken te vormen. Om de structuur van een MOF voor te stellen, zei Farha, moet je je een set Tinkertoys voorstellen waarin de metaalionen of clusters de ronde of vierkante knopen zijn en de organische moleculen de staven zijn die de knopen bij elkaar houden.

Naast dat het gemakkelijk te maken, schaalbaar en goedkoop is, is een ander voordeel van UiO-66 dat de organische linker van de MOF, tereftaalzuur (TA), is wat je krijgt bij het afbreken van plastic.

Structurele karakteriseringsstudies onthulden dat UiO-66 tijdens het afbraakproces een interessante transformatie ondergaat in een andere op zirkonium gebaseerde MOF genaamd MIL-140A. Deze MOF vertoonde ook een grote katalytische activiteit ten aanzien van PET-degradatie.

De titel van het artikel is "Katalytische afbraak van polyethyleentereftalaat met behulp van een faseovergangs-zirkonium-gebaseerd metaal-organisch raamwerk." + Verder verkennen

Nanomateriaal vernietigt zenuwgassen in omstandigheden die relevant zijn voor het slagveld