科学家开发独特的分解塑料的催化剂 为塑料升级回收铺平道路

2022年05月28日 09:46 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

最近开发的一种用于分解塑料的催化剂正在推进塑料升级改造技术。由艾姆斯实验室的科学家领导的一个科学家团队在2020年发现了第一个过程性无机催化剂,将聚烯烃塑料分解成可用于制造更有价值产品的分子。该团队现在已经开发并验证了一种策略,在不牺牲理想产品的情况下加快转化速度。

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这种催化剂最初是由艾姆斯实验室的科学家黄文宇设计的。它由负载在固体二氧化硅核心上的铂金颗粒组成,周围是具有均匀孔隙的二氧化硅外壳,可提供进入催化点的机会。所需的铂金总量相当小,这一点很重要,因为铂金的成本很高且供应有限。在解构实验中,长的聚合物链穿入孔隙并接触催化位点,然后链被分解成更小尺寸的碎片,不再是塑料材料。

根据艾姆斯实验室的科学家和塑料合作回收研究所(iCOUP)的主任Aaron Sadow的说法,该团队制作了三种不同的催化剂。每个变体都有相同大小的核心和多孔外壳,但铂金颗粒的直径不同,从1.7到2.9到5.0纳米不等。

研究人员假设,铂金颗粒大小的不同会影响产品链的长度,因此大的铂金颗粒会产生较长的链,小的会产生较短的链。然而,研究小组发现,所有三种催化剂的产品链的长度都是相同大小的。

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“在文献中,碳-碳键裂解反应的选择性通常随铂金纳米颗粒的大小而变化。”Sadow说:“通过将铂金放在孔隙的底部,我们看到了一些相当独特的东西。”

相反,三种催化剂的链子被分解成小分子的速度是不同的。较大的铂金颗粒与长聚合物链的反应更慢,而较小的铂金颗粒则反应更快。这种速度的提高可能是由于较小的纳米粒子表面的边缘和角落的铂金位点比例较高。与位于颗粒表面的铂金相比,这些位点在裂解聚合物链方面更为活跃。

据Sadow说,这些结果很重要,因为它们表明活性可以独立于这些反应的选择性进行调整。他说:“现在,我们有信心制造出一种更有活性的催化剂,它能更快地嚼碎聚合物,同时利用催化剂结构参数来拨动特定的产品链长度。”

黄文宇解释说,一般来说,这种大分子反应性在多孔催化剂中没有得到广泛研究。因此,这项研究对于了解基础科学以及它在塑料升级回收方面的表现非常重要。

“我们真的需要进一步了解这个系统,因为我们每天都在学习新的东西。我们正在探索其他可以调整的参数,以进一步提高生产速度和转变产品分布,”黄文宇说。“因此,在我们的清单中,有很多新的东西等待我们去发现。”

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