文章來源:Ames Laboratory

廢塑料瓶和桶

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雖然塑料回收并不是一門新的科學,但目前的工藝并沒有使其具有經濟價值——廢塑料被“向下循環”成等級較低、用途較低的材料。在解決日益嚴重的全球一次性塑料污染危機方面,這一挑戰仍然是一個障礙。

由美國能源部艾姆斯實驗室(Ames Laboratory)領導的一個由多個機構組成的科學家團隊已經開發出一種新的的催化劑,這種催化劑能夠處理聚烯烴塑料,如聚乙烯和聚丙烯,這些聚合物廣泛應用于塑料購物袋、牛奶罐、洗發水瓶、玩具和食品容器中。這一過程產生了均勻、高質量的成分,可用于生產燃料、溶劑和潤滑油,這些產品具有很高的價值,有可能將這些塑料和其他廢舊塑料轉化為未開發的資源。

“我們在這項工作上已經向前邁進了一大步,”艾姆斯實驗室的科學家、塑料聯合更新換代研究所(iCOUP)主任 Aaron Sadow 說。“我們假設我們可以借用自然,模擬酶精確分解蛋白質和纖維素等大分子的過程。我們成功地做到了這一點,我們很高興能夠進一步優化和開發這一過程。”

這種獨特的工藝依賴于納米顆粒技術。艾姆斯實驗室的科學家 Wenyu Huang 設計了一種介孔二氧化硅納米顆粒,由鉑核和催化活性中心組成,周圍有長的二氧化硅孔或通道,長聚合物鏈通過這些孔或通道進入催化劑。通過這種設計,催化劑能夠抓住較長的聚合物鏈并將其裂解成一致、均勻的較短片段,這些片段很有可能被升級為新的、更有用的最終產品。

“這種類型的受控催化過程以前從未基于無機材料進行過設計,”Huang 教授專門設計結構明確的納米催化劑。“我們能夠證明,催化過程能夠在釋放前對同一分子執行多個相同的解構步驟。”

艾姆斯實驗室的固態核磁共振專家弗雷德·佩拉斯(Fred Perras)的測量結果使研究小組得以在原子尺度上仔細觀察催化劑的活性,并證實長聚合物鏈以類似科學家們試圖模擬的酶過程的方式,輕易地穿過催化劑孔。

這項研究將在艾姆斯實驗室領導的塑料聯合循環研究所(iCOUP)的指導下擴大和繼續進行。iCOUP是一個能源前沿研究中心,由來自艾姆斯實驗室、阿貢國家實驗室、加州大學圣巴巴拉分校、南卡羅來納大學、康奈爾大學、西北大學和伊利諾伊大學厄本那香檳分校的科學家組成。

論文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41929-020-00519-4

原文鏈接:https://www.ameslab.gov/index.php/news/a-first-of-its-kind-catalyst-mimics-natural-processes-to-break-down-plastic-and-produce

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