「私たちが報告する重要な発見は、非常に低い金属負荷です」と、研究チームを率いた太平洋岸北西部の国立研究所の化学者であるJanos Szanyi氏は述べています。 「これにより、触媒がはるかに安くなります。」

新しい方法は、プラスチックをより効率的に変換し、「アップサイクリング」と呼ばれるプロセスである貴重な商品化学物質に変換します。さらに、他の報告された方法と比較して、副産物として、望ましくない温室効果ガスであるメタンがはるかに少ないメタンを生成します。

「この結果を示す以前に公開されたものがなかったことは私たちにとって非常に興味深いことでした」と、ACSで研究を発表したポスドク研究科学者のLinxiao Chen氏は述べています。 「この研究は、プラスチックのアップサイクリングのための効果的で選択的で汎用性の高い触媒を開発する機会を示しています。」

プラスチックのアップサイクルでは、金属が少ないです

石油ベースのプラスチック廃棄物は、有用な耐久性のある材料と燃料の出発材料として機能できる炭素ベースの化学物質の未開発の供給源を提示します。主に経済的および実用的な理由で、現在リサイクルされているプラ​​スチックはほとんどありません。しかし、PNNLの科学者は、化学的結合を効率的に破壊するための専門知識を適用することにより、ダイナミクスを変えようとしています。

水素分解として知られる反応である水素をポリプロピレンやポリエチレンなどのリサイクルが困難なプラスチックに加えることは、プラスチック廃棄物を付加価値のある小さな炭化水素に変換する有望な戦略を提示することがよく知られています。このプロセスには、経済的に実行可能にするために、効率的かつ選択的な触媒が必要です。

それが、この最近のPNNL主導の研究が優れている場所です。

研究チームは、貴金属ルテニウムの量を減らすことで、ポリマーのアップサイクリング効率と選択性が実際に改善されることを発見しました。 ACS触媒に最近発表された研究では、構造をサポートする金属の低い比率が整然とした粒子の配列から原子の障害のあるラフトにシフトすると、効率の改善が起こったことが示されました。

閉じ込められた原子

単一原子触媒におけるPNNLの専門知識の実績は、チームがなぜ少ないのかを理解するのに役立ちました。研究チームは、分子レベルでの障害への移行を観察し、その後、確立された理論を使用して、単一の原子がこの実験的研究で実際により効果的な触媒であることを示しました。

この作業は、ワシントン州立大学の化学工学教授であるプルマンとPNNL研究所のフェローであるYong Wangによる原子トラップおよび単一原子触媒の研究に基づいています。

「単一の原子または非常に小さなクラスターが効果的な触媒を作る方法を理解しようとするために、物質的な観点から多くの努力がありました」とグティエレスは言いました。

ACSでは、チェンはシステムの効率を改善する上でのサポート資料の役割を探る新しい研究についても説明しました。

「私たちは、酸化セリウムを置き換えるために、より安価でより簡単に利用可能なサポート材料を調査しました」とチェンは言いました。 「化学的に修飾された酸化チタンは、ポリプロピレンアップサイクリングのためのより効果的で選択的な経路を可能にする可能性があることがわかりました。」

塩素に耐える方法を学ぶ

混合プラスチックリサイクルストリームで使用するための方法を実用的にするために、研究チームは現在、塩素の存在が化学変換の効率にどのように影響するかを調査しています。

「私たちは、より厳しい抽出条件を検討しています」と、触媒の産業用途の専門家であるオリバーY.グティエレスは述べています。 「産業用アップサイクルプロセスでは、きれいなプラスチック源がない場合、ポリ塩化ビニル塩化ビニルやその他の供給源から塩素があります。塩素はプラスチックのアップサイクリング反応を汚染する可能性があります。塩素がシステムにどのような影響を与えるかを理解したいです。」

現在、その基本的な理解は、通常、環境の汚染として有用な製品に終わる廃棄物プラスチックを変換するのに役立つ可能性があります。

この研究は、科学局エネルギー省によってサポートされていました。この研究では、Argonne National LaboratoryがDOE向けに運営する科学ユーザー施設のオフィスであるAdvanced Photon Sourceのリソースも使用しました。

ストーリーソース：

DOE/Pacific Northwest National Laboratoryが提供する材料。カリン・ヘデによって書かれたオリジナル。注：コンテンツは、スタイルと長さについて編集できます。