211service.com
Katalysatorer til plastgenanvendelse
En plastikflaske, der er smidt i genbrugsbeholderen, kan ende med at blive makuleret og genbrugt til at lave en sweater eller et tæppe, men den bliver ikke forvandlet til endnu en vandflaske. I hvert fald ikke indtil videre. Katalysatorer, der udvikles af forskere hos IBM og Stanford, kan gøre det omkostningseffektivt at nedbryde polyethylenterephthalat eller PET-plast i deres kemikalier til genbrug som flasker. Virksomheden arbejder på at teste sin PET-genbrugskatalysator i stor skala for på sigt at udvikle den til industriel brug.
Genbrug af plast: James Hedrick, en videnskabsmand ved IBM's Almaden Research Center, udvikler katalysatorer, der hjælper kemisk med at genbruge den PET-plast, der bruges til at fremstille disse flasker.
De fleste drikkeflasker i plast er lavet af PET, ligesom alt er med 1-genbrugsstemplet. Typisk vaskes plasten, males mekanisk og blandes med virgin PET for at lave en polymer, der ikke er egnet til emballering, men som kan bruges til at fremstille sekundære produkter, herunder tøj og tæpper.
Mekanisk snarere end kemisk genanvendelse bruges til PET, fordi det er for dyrt at nedbryde polymeren i dets kemiske dele, siger Dennis Sabourin, administrerende direktør for Landsforeningen for PET-beholderressourcer , en brancheorganisation. Der er to eksisterende metoder til at udføre den kemiske reaktion, siger Sabourin, men de er meget energikrævende og er blevet forladt på grund af omkostningerne. Selv med brugen af eksisterende katalysatorer til at hjælpe genbrugsreaktionerne på vej, skal disse processer udføres ved høje temperaturer og under stort pres og tage lang tid. Hvis de nye katalysatorer har en lille smule succes, ville det være store nyheder, siger Sabourin.
IBM- og Stanford-forskerne, som beskrev deres arbejde i dag i tidsskriftet Makromolekyler , har udviklet flere nye katalysatorer, hvoraf den ene kan bruges til kemisk genanvendelse af PET på kort tid ved 75 ºC. PET er lavet af to råmaterialer, den ene en organisk syre, den anden ethylenglycol, som er relativt billig. Katalysatoren arbejder i en ethylenglycolopløsning. Når opskårne vandflasker placeres i opløsningen, får katalysatoren den organiske syre i plastikken til at reagere med ethylenglycolen i opløsning for at lave PET, der er af samme kvalitet, som blev brugt til at fremstille flasken i starten.
De nye katalysatorer er et resultat af et årti langt forskningsprojekt hos IBM for at udvikle bedre måder at fremstille de polymerer, der bruges som et isolerende lag i computerchips. Disse lag fremstilles traditionelt ved hjælp af katalysatorer, der indeholder metal. Metalliske katalysatorer er meget aktive, men de er svære at fjerne, når først reaktionen er færdig, og efterlader små urenheder, som ikke desto mindre kan forstyrre en chips ydeevne. Disse metalurenheder kan også udvaskes og blive et miljøforurenende stof, når chippen smides ud i bunden af dens levetid. Det er uoverkommeligt at fjerne den katalysator, så vi begyndte at lede efter en ny måde at fremstille polymerer på, siger James Hedrick, ledende videnskabsmand hos IBM's Almaden Forskningscenter i San Jose, CA.
IBM-forskerne henvendte sig til organiske katalysatorer, hvis design ligner biologiske enzymer.
Organiske katalysatorer er traditionelt blevet stærkt kritiseret, fordi de har lav aktivitet, og der kræves store mængder af dem for at hjælpe en reaktion på vej, siger Hedrick. Vi fandt familier af katalysatorer, der er lige så aktive som metalliske katalysatorer, hvoraf nogle er gode til at arbejde med isoleringsmaterialer til spåner, og nogle af dem kan arbejde med PET. IBM-forskerne samarbejdede med en computerkemigruppe i virksomheden for at modellere aktiviteten af katalysatorerne og har demonstreret dem eksperimentelt i laboratoriet.
PET-genbrugskatalysatoren, en type molekyle kaldet en carben, var inspireret af vitamin B1, siger Stanford kemiprofessor Robert Waymouth . Forskerne fra Stanford og IBM gættede på, at et lignende organisk lille molekyle kunne være godt til at katalysere reaktioner, der binder estere sammen for at lave lange polymerer.
IBM-forskerne vil nu samarbejde med forskere på Kong Abdulaziz By for Videnskab og Teknologi i Saudi-Arabien for at teste den kemiske genanvendelse af PET i større skala. Vi skal se, om det, vi opdagede på laboratoriebænken, kan fungere i store reaktorer, siger Waymouth. I de indledende tests vil de fokusere på at nedbryde polymeren til dens bestanddele. Virksomheden har dog også haft gode resultater ved at bruge sine organiske katalysatorer til at depolymerisere PET for at fremstille specialiserede materialer såsom råmaterialer til højstyrkeplast, der er mere værdifuldt, men er dyre at fremstille ved hjælp af andre veje. Du starter med affald og bygger det op igen til materialer af højere værdi, siger Robert Allen , senior manager for avanceret materialekemi hos IBM Almaden.