211service.com
Katalysatoren voor kunststofrecycling
Een plastic fles die in de prullenbak wordt gegooid, kan uiteindelijk worden versnipperd en opnieuw worden gebruikt om een trui of een tapijt te maken, maar er wordt geen nieuwe waterfles van gemaakt. Tot nu toe in ieder geval niet. Katalysatoren die door onderzoekers van IBM en Stanford worden ontwikkeld, kunnen het kosteneffectief maken om polyethyleentereftalaat of PET-kunststoffen af te breken tot hun samenstellende chemicaliën voor hergebruik als flessen. Het bedrijf is bezig zijn PET-recyclingkatalysator op grote schaal te testen om deze uiteindelijk voor industrieel gebruik te ontwikkelen.
Kunststofrecycling: James Hedrick, een wetenschapper bij het Almaden Research Center van IBM, ontwikkelt katalysatoren die helpen bij het chemisch recyclen van het PET-plastic dat wordt gebruikt om deze flessen te maken.
De meeste plastic drinkflessen zijn gemaakt van PET, net als alles met de 1 recyclingzegel. Meestal wordt het plastic gewassen, mechanisch gemalen en gemengd met nieuw PET om een polymeer te maken dat niet geschikt is voor verpakking, maar kan worden gebruikt om secundaire producten te maken, waaronder kleding en vloerbedekking.
Voor PET wordt mechanische, in plaats van chemische recycling gebruikt, omdat het te duur is om het polymeer op te splitsen in zijn chemische delen, zegt Dennis Sabourin, uitvoerend directeur van de Nationale vereniging voor hulpmiddelen voor PET-containers , een handelsorganisatie. Er zijn twee bestaande methoden om de chemische reactie tot stand te brengen, zegt Sabourin, maar ze zijn erg energie-intensief en zijn vanwege de kosten opgegeven. Zelfs met het gebruik van bestaande katalysatoren om de recyclingreacties op gang te helpen, moeten deze processen bij hoge temperaturen en onder grote druk worden uitgevoerd en lang duren. Als de nieuwe katalysatoren ook maar een klein beetje succes hebben, zou dat groot nieuws zijn, zegt Sabourin.
De IBM- en Stanford-onderzoekers, die hun werk vandaag beschreven in het tijdschrift macromoleculen , hebben verschillende nieuwe katalysatoren ontwikkeld, waarvan er één kan worden gebruikt om PET in korte tijd chemisch te recyclen bij 75 ºC. PET wordt gemaakt van twee grondstoffen, de ene een organisch zuur en de andere ethyleenglycol, wat relatief goedkoop is. De katalysator werkt in een ethyleenglycoloplossing. Wanneer versneden waterflessen in de oplossing worden geplaatst, zorgt de katalysator ervoor dat het organische zuur in het plastic reageert met de ethyleenglycol in oplossing om PET te maken dat van dezelfde kwaliteit is als waarmee de fles aanvankelijk werd gemaakt.
De nieuwe katalysatoren zijn het resultaat van een tien jaar durend onderzoeksproject bij IBM om betere manieren te ontwikkelen om de polymeren te maken die worden gebruikt als isolerende laag in computerchips. Deze lagen worden traditioneel bereid met behulp van katalysatoren die metaal bevatten. Metaalkatalysatoren zijn zeer actief, maar ze zijn moeilijk te verwijderen als de reactie eenmaal is voltooid, waardoor er kleine onzuiverheden achterblijven die de prestaties van een chip toch kunnen verstoren. Deze metaalverontreinigingen kunnen ook uitlogen en een milieuvervuiler worden wanneer de chip aan het einde van zijn levensduur wordt weggegooid. Het verwijderen van die katalysator is onbetaalbaar, dus gingen we op zoek naar een nieuwe manier om polymeren te maken, zegt James Hedrick, hoofdwetenschapper bij IBM's Onderzoekscentrum Almaden in San José, Californië.
De IBM-onderzoekers wendden zich tot organische katalysatoren, waarvan het ontwerp vergelijkbaar is met biologische enzymen.
Organische katalysatoren zijn traditioneel zwaar bekritiseerd omdat ze een lage activiteit hebben en er grote hoeveelheden van nodig zijn om een reactie op gang te helpen, zegt Hedrick. We hebben families van katalysatoren gevonden die even actief zijn als metallische katalysatoren, waarvan sommige goed zijn voor het werken met isolatiematerialen voor chips, en waarvan sommige kunnen werken met PET. De IBM-onderzoekers werkten samen met een computationele chemiegroep binnen het bedrijf om de activiteit van de katalysatoren te modelleren en hebben ze experimenteel in het laboratorium gedemonstreerd.
De PET-recyclingkatalysator, een type molecuul dat carbeen wordt genoemd, is geïnspireerd op vitamine B1, zegt scheikundeprofessor van Stanford Robert Waymouth . De onderzoekers van Stanford en IBM vermoedden dat een vergelijkbaar organisch klein molecuul goed zou kunnen zijn in het katalyseren van reacties die esters aan elkaar rijgen om lange polymeren te maken.
De IBM-onderzoekers gaan nu samenwerken met onderzoekers van het Koning Abdulaziz Stad voor Wetenschap en Technologie in Saoedi-Arabië om de chemische recycling van PET op grotere schaal te testen. We moeten kijken of wat we op de laboratoriumbank hebben ontdekt ook in grote reactoren kan werken, zegt Waymouth. In de eerste tests zullen ze zich concentreren op het afbreken van het polymeer in zijn bestanddelen. Het bedrijf heeft echter ook goede resultaten geboekt met het gebruik van zijn organische katalysatoren om PET te depolymeriseren om gespecialiseerde materialen te maken, zoals grondstoffen voor hoogwaardige kunststoffen die waardevoller zijn, maar duur zijn om te maken met behulp van andere routes. Je begint met afval en bouwt het weer op tot waardevollere materialen, zegt Robert Allen , senior manager van geavanceerde materiaalchemie bij IBM Almaden.