Een onderzoeksteam onder leiding van prof. Zeng Jie van de Universiteit voor Wetenschap en Technologie van China (USTC) van de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS) heeft een belangrijke doorbraak bereikt op het gebied van het upcycling van plastic.

Hun onderzoek, getiteld "Solvent- and Hydrogen-Free Catalytic Conversion of High-Density Polyethyleen Plastics", introduceert een nieuwe tandemstrategie voor dehydroaromatisering en hydrogenolyse voor het omzetten van hogedichtheidspolyethyleen (HDPE) kunststoffen in waardevolle cyclische koolwaterstoffen zonder de noodzaak van oplosmiddelen of waterstof. . De bevindingen zijn gepubliceerd in Nature Nanotechnology .

Polyethyleen, een van de meest gebruikte kunststoffen, brengt uitdagingen met zich mee op het gebied van natuurlijke afbraak vanwege de stabiele chemische structuur. Recyclingtechnologieën voor polyethyleenafval verminderen niet alleen de vervuiling, maar bieden ook economische voordelen.

Geïnspireerd door twee processen in de aardolie-industrie, namelijk het katalytisch reformeren van benzinefracties met een korte keten en het hydrokraken van zware oliën, probeerde het onderzoeksteam afval-HDPE-kunststoffen te behandelen als een vaste aardoliegrondstof door middel van milieuvriendelijke katalytische conversie, en zo stroomafwaarts te produceren chemische producten op basis van aardolie.

Geïnspireerd door twee processen in de aardolie-industrie, concentreerde het onderzoeksteam zich op het katalytisch reformeren van benzinefracties met een korte keten om cyclische koolwaterstoffen met een hogere waarde te verkrijgen, die waterstof genereren, en het hydrokraken van zware oliën om koolwaterstoffen met een korte keten te produceren, waarbij waterstof wordt verbruikt. .

Voortbouwend op deze processen bedacht het onderzoeksteam een ​​‘waterstof-ademende’ strategie voor het afbreken van kunststoffen met hoge dichtheid polyethyleen (HDPE). Ze ontwikkelden een met een moleculaire zeef geladen metallische rutheniumkatalysator (Ru/HZSM-5) die de dehydrogenering van het plastic tot cyclische koolwaterstoffen vergemakkelijkt en daarbij waterstof "uitademt". Tegelijkertijd "ademt" het plastic de vrijgekomen waterstof in en ondergaat het kraken, waarbij het wordt omgezet in koolwaterstoffen met een korte keten.

Het onderzoeksteam onderzocht vervolgens de upcycling-reactieroutes van hogedichtheidpolyethyleenkunststoffen. Ze voerden katalytische experimenten uit met de recycling van HDPE-kunststoffen met verschillende moleculaire zeefladingen rutheniummetaal, en onderzochten het effect van de moleculaire zeefporiën op de reactie.

De resultaten tonen aan dat de HZSM-5 moleculaire zeef een gematigde poriegrootte heeft, wat niet alleen de vorming van dikke cyclische aromatische koolwaterstoffen en koolstofafzettingen vermijdt, maar ook de soepele desorptie van cyclische koolwaterstoffen garandeert, waardoor de continuïteit en stabiliteit van de katalytische werking wordt gegarandeerd. reactie. Ru/HZSM-5 katalysatoren hebben een zeer goede cyclische stabiliteit en zijn tevens geschikt voor verschillende soorten polyethyleen kunststoffen.

Dit onderzoek vertegenwoordigt een aanzienlijke vooruitgang in het upcyclen van plastic en is veelbelovend voor de duurzame ontwikkeling van onze samenleving. Door een innovatieve oplossing te bieden voor de omzetting van HDPE-kunststoffen in waardevolle cyclische koolwaterstoffen, draagt ​​deze studie bij aan de voortdurende inspanningen om plasticafval aan te pakken en een duurzamere toekomst te bevorderen.

Meer informatie: Junjie Du et al, Efficiënte oplosmiddel- en waterstofvrije upcycling van polyethyleen met hoge dichtheid tot scheidbare cyclische koolwaterstoffen, Natuurnanotechnologie (2023). DOI:10.1038/s41565-023-01429-9

Journaalinformatie: Natuurnanotechnologie

Aangeboden door de Universiteit voor Wetenschap en Technologie van China