Мировое производство прочного одноразового пластика для игрушек, стерильной медицинской упаковки и контейнеров для пищевых продуктов и напитков увеличивается. Полиолефиновые полимеры, такие как полиэтилен и полипропилен, являются наиболее распространенными пластиками, используемыми в этих продуктах, поскольку молекулярные структуры полимеров – длинные прямые цепи атомов углерода и водорода – делают материалы очень прочными. Однако сложно разрушить связи углерод-углерод в полиолефинах, поэтому требуются энергоемкие процедуры с использованием высоких температур, от 800 до 1400 F, или сильнодействующих химикатов для их разрушения и переработки. Предыдущие исследования показали, что благородные металлы, такие как цирконий, платина и рутений, могут катализировать процесс расщепления коротких простых углеводородных цепей и сложных молекул лигнина растительного происхождения при умеренных температурах реакции, требующих меньше энергии, чем другие методы.
Итак, Юрий Роман-Лешков и его коллеги хотели посмотреть, будут ли катализаторы на основе металлов оказывать аналогичное влияние на твердые полиолефины с длинными углеводородными цепями, разлагая их на пригодные для использования химические вещества и природный газ.
Исследователи разработали метод реакции простых углеводородных цепей с водородом в присутствии наночастиц благородных или переходных металлов в мягких условиях. В своих экспериментах наночастицы рутений-углерод преобразовали более 90% углеводородов в более короткие соединения при 392 F. Затем команда протестировала новый метод на более сложных полиолефинах, включая коммерчески доступную пластиковую бутылку. Несмотря на отсутствие предварительной обработки образцов, как это необходимо при существующих энергоемких методах, они были полностью разделены на газообразные и жидкие продукты с использованием этого нового метода.
В отличие от современных методов разложения, реакцию можно настроить так, чтобы она давала либо природный газ, либо комбинацию природного газа и жидких алканов. Исследователи говорят, что внедрение их метода может помочь уменьшить объем бытовых отходов на свалках за счет переработки пластмасс в желательные, очень ценные алканы, хотя технология очистки продуктов необходима, чтобы сделать процесс экономически целесообразным.