由鈦酸鍶負載的鉑納米顆粒有助於聚乙烯向消費品化合物轉化
新型催化劑可助一次性塑料中的聚乙烯轉化成高價值的液態碳氫化合物。
塑料常常服務於一些“一過性”的用途。每年，大約有3億噸材料僅使用過一次就被丟棄，造成極大的汙染和浪費。科學家和企業一直在合作以改變這種狀況，研究可將一次性塑料轉變為更有價值的產品的方法。如今，研究人員設計出了一種催化劑，能夠將一次性聚乙烯（甚至那些來自塑料袋的類型）有選擇性地轉化為潤滑劑，例如機油或蠟，用於洗滌劑、化妝品等產品(ACS Cent. Sci. 2019, DOI: 10.1021/acscentsci.9b00722)。
各公司一直在測試比如催化熱解這樣的技術。該技術利用高溫和缺氧將廢棄聚合物轉化為一系列短鏈碳氫化合物，就像柴油燃料中常見的那些。在這項研究中，研究人員轉而利用氫解反應，用氫來分解碳-碳鍵。論文合著者阿貢國家實驗室（Argonne National Laboratory）的Massimiliano Delferro說，這兩種方法都不是完美的，但若有合適的催化劑，後一種方法可更具選擇性併產生更高質量的產品。
分散在鈦酸鍶立方粒上的鉑納米顆粒，催化了聚乙烯向高質量潤滑劑和蠟的轉化。
迄今為止，很少有研究探討聚乙烯的催化氫解問題。聚乙烯是一種塑料，用於諸多一次性產品，譬如食品包裝薄膜、奶瓶和醫療設備中的一次性部件。該項研究使用的新型催化劑最初是由西北大學的Kenneth R. Poeppelmeier的實驗室合成的。為了製造新催化劑，研究小組使用原子層沉積法將鉑納米顆粒分散到了尺寸小於100納米的鈦酸鍶(SrTiO3)立方體上。鉑是氫解的常見催化劑，將鉑納米顆粒負載在SrTiO3上有助於它們承受聚乙烯反應所需的苛刻反應條件。
聚乙烯氫解的挑戰之一是難以控制氫在反應中的添加，導致聚乙烯過度分裂成輕質、低價值的碳氫化合物，如甲烷和乙烷。在這項工作中，研究人員控制了鉑納米顆粒的大小和分佈，以最大程度地減少這一問題，並從一系列分子量不同的聚乙烯中生成了液態碳氫化合物。這些碳氫化合物可作為潤滑劑或蠟，並進一步被加工成化妝品和洗滌劑等日常必需品。
艾姆斯實驗室(Ames Laboaratory)和愛荷華州立大學的論文合著者Aaron D.Sadow說：“我們可以更有選擇性地完成聚乙烯向特定分子量的化合物的轉化，這是現有技術確實無法實現的。”
通過研究聚乙烯與Pt/SrTiO3催化劑的相互作用，研究小組發現鉑納米顆粒的大小及其在載體表面上的組裝方式可確保較長聚合物鏈中的碳-碳鍵優先於較短鏈中的碳-碳鍵斷裂，因此即使使用商業級塑料袋作原料也可生產高質量的液態產品。他們的催化劑也比商業氫解催化劑表現更好，可將更多的初始聚乙烯轉化為所需的碳氫化合物。
利物浦大學的Matthew J. Rosseinsky沒有參與這項研究，他說：“這一切都是關於納米級催化活性的化學控制。對我這樣的基礎研究人員來說，這才是真正的影響所在。”
紐約市立大學地球工程中心主任Marco J.Castaldi說，雖然這種催化劑可回收，但要擴大規模可能仍過於昂貴，並且它要能經受得住數千小時的使用。Castaldi沒有參與該項研究。他說，這種催化劑具有潛力，但需要進行額外的測試，混合塑料和泥土、染料或食物殘渣等汙染物。理想情況下，反應所需的氫將來自低成本、可持續的來源，並且易於回收，以用於隨後多輪的反應循環。
研究和信息技術公司More Recycling的首席執行官Nina Bellucci Butler表示，在全球範圍內實施化學品回收將需要新的法規，從而提高流程效率並激勵企業合作。她說：“我們必須制定出一些具有恰當驅動力的政策，而我認為，我們正處於不得不行動的緊要時刻。”
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