Bouwstenen voor upcycling herstellen

Om deze problemen te omzeilen, keken de onderzoekers naar een nieuwe katalysator die al in het laboratorium van Marks was ontwikkeld. De katalysator maakt gebruik van yttrium (een goedkoop metaal dat veel op aarde voorkomt) en lanthanide-ionen. Toen het team nylon-6-monsters verwarmde tot smelttemperaturen en de katalysator zonder oplosmiddel aanbracht, viel het plastic uit elkaar en keerde terug naar de oorspronkelijke bouwstenen zonder bijproducten achter te laten.

"Je kunt een polymeer zien als een halsketting of een parelsnoer", legt Marks uit. "In deze analogie is elke parel een monomeer. Deze monomeren zijn de bouwstenen. We hebben een manier bedacht om de ketting af te breken, maar die parels terug te winnen."

In experimenten konden Marks en zijn team 99% van de oorspronkelijke monomeren van kunststoffen terugwinnen. In principe zouden deze monomeren vervolgens kunnen worden geüpcycled tot producten met een hogere waarde, waar momenteel veel vraag naar is vanwege hun sterkte en duurzaamheid.

"Gerecycled nylon is eigenlijk meer geld waard dan gewoon nylon", zei Marks. "Veel luxe modemerken gebruiken gerecycled nylon in kleding."

Efficiënt targeten op Nylon-6

Naast het terugwinnen van een hoge opbrengst aan monomeren, is de katalysator zeer selectief:hij werkt alleen op de Nylon-6-polymeren zonder omringende materialen te verstoren. Dit betekent dat de industrie de katalysator zou kunnen toepassen op grote hoeveelheden ongesorteerd afval en zich selectief zou kunnen richten op Nylon-6.

"Als je geen selectieve katalysator hebt, hoe scheid je dan het nylon van de rest van het afval?" zei Marks. "Je zou mensen moeten inhuren om al het afval te sorteren en het nylon te verwijderen. Dat is enorm duur en inefficiënt. Maar als de katalysator alleen het nylon afbreekt en al het andere achterlaat, is dat ongelooflijk efficiënt."

Door deze monomeren te recyclen, wordt ook de noodzaak vermeden om meer kunststoffen helemaal opnieuw te produceren.

"Deze monomeren worden geproduceerd uit ruwe olie, dus ze hebben een enorme ecologische voetafdruk", zei Ye. "Dat is gewoon niet duurzaam."

Wat is het volgende?

Nadat Marks en zijn team een ​​patent hadden aangevraagd voor het nieuwe proces, hebben ze al interesse gekregen van potentiële industriële partners. Ze hopen dat anderen hun katalysatoren op grote schaal kunnen inzetten om het mondiale plasticprobleem te helpen oplossen.

"Ons onderzoek vertegenwoordigt een belangrijke stap voorwaarts op het gebied van polymeerrecycling en duurzaam materialenbeheer", aldus Ye. "De innovatieve aanpak pakt een kritische leemte in de huidige recyclingtechnologieën aan en biedt een praktische en efficiënte oplossing voor het nylonafvalprobleem. Wij geloven dat dit gevolgen heeft voor het verkleinen van de ecologische voetafdruk van kunststoffen en voor het bijdragen aan een circulaire economie."

Meer informatie: Katalysator-metaalligandontwerp voor snelle, selectieve en oplosmiddelloze depolymerisatie van nylon-6 kunststoffen, Chem (2023). DOI:10.1016/j.chempr.2023.10.022. www.cell.com/chem/fulltext/S2451-9294(23)00548-X

Journaalinformatie: Chem

Aangeboden door Northwestern University