보다 효율적인 플라스틱 재활용을 가능하게 하는 새로운 공정

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바다, 토양, 심지어 우리 몸에 쌓이는 플라스틱 폐기물은 현대 사회의 주요 오염 문제 중 하나로, 지금까지 처리된 양은 50억 톤이 넘습니다. 플라스틱 제품을 재활용하려는 대대적인 노력에도 불구하고 실제로 다양한 재료를 혼합하여 사용하는 것은 여전히 ​​어려운 문제로 남아 있습니다.

중요한 문제는 플라스틱이 매우 다양한 종류로 나오고, 플라스틱을 어떤 방식으로든 재사용할 수 있는 형태로 분해하는 화학적 과정이 각 플라스틱 유형마다 매우 특정한 경향이 있다는 것입니다. 음료수병부터 세제통, 플라스틱 장난감까지 뒤죽박죽된 폐기물을 분류하는 것은 대규모로 비현실적입니다. 오늘날 재활용 프로그램을 통해 수집된 플라스틱 물질의 대부분은 결국 매립지로 보내집니다. 확실히 더 좋은 방법이 있습니다.

MIT와 다른 곳의 새로운 연구에 따르면 실제로 훨씬 더 나은 방법이 있을 수 있는 것으로 나타났습니다. 코발트 기반 촉매를 사용하는 화학 공정은 가장 널리 생산되는 플라스틱 형태인 폴리에틸렌(PET)과 폴리프로필렌(PP)과 같은 다양한 플라스틱을 단일 제품으로 분해하는 데 매우 효과적인 것으로 밝혀졌습니다. 프로판. 프로판은 스토브, 히터, 차량의 연료로 사용되거나 새로운 플라스틱을 포함한 다양한 제품 생산을 위한 공급원료로 사용될 수 있으므로 잠재적으로 적어도 부분적인 폐쇄 루프 재활용 시스템을 제공할 수 있습니다.

이 발견은 오늘 오픈 액세스 저널인 JACS Au에 게재되었으며, MIT 화학공학 교수 Yuriy Román-Leshkov, 박사후 연구원 Guido Zichitella 및 MIT의 다른 7명, SLAC 국립 가속기 연구소 및 국립 재생 에너지 연구소의 논문에서 설명되었습니다.

플라스틱 재활용은 까다로운 문제였다고 Román-Leshkov는 설명합니다. 왜냐하면 플라스틱의 긴 사슬 분자가 "매우 안정적이고 분해되기 어려운" 탄소 결합에 의해 함께 묶여 있기 때문입니다. 이러한 결합을 끊는 기존 기술은 서로 다른 분자의 무작위 혼합을 생성하는 경향이 있으며, 이로 인해 사용 가능한 특정 화합물로 분리하려면 복잡한 정제 방법이 필요합니다. "문제는 탄소 사슬에서 분자를 분해하는 위치를 제어할 수 있는 방법이 없다는 것입니다."라고 그는 말합니다.

그러나 연구진은 놀랍게도 코발트 나노입자를 포함하는 제올라이트라는 미세 다공성 물질로 만들어진 촉매가 다양한 플라스틱 고분자 분자를 선택적으로 분해하여 그 중 80% 이상을 프로판으로 전환할 수 있다는 사실을 발견했습니다.

제올라이트는 나노미터 너비(고분자 사슬의 폭에 해당) 미만의 작은 기공으로 가득 차 있지만 논리적인 가정은 제올라이트와 중합체 사이에 상호 작용이 거의 없을 것이라는 것이었습니다. 그러나 놀랍게도 그 반대인 것으로 밝혀졌습니다. 폴리머 사슬이 기공으로 들어갈 뿐만 아니라 코발트와 제올라이트의 산 부위 사이의 시너지 작용으로 동일한 지점에서 사슬이 끊어질 수 있습니다. 그 분해 지점은 원치 않는 메탄을 생성하지 않고 정확히 하나의 프로판 분자를 잘라내는 것과 일치하는 것으로 밝혀졌으며, 나머지 긴 탄화수소는 계속해서 과정을 겪을 준비가 되어 있습니다.

"프로판이라는 화합물 하나만 있으면 하류 분리에 대한 부담이 줄어듭니다."라고 Román-Leshkov는 말합니다. "이것이 우리가 이것이 매우 중요하다고 생각하는 이유의 핵심입니다. 우리는 유대를 깨뜨릴 뿐만 아니라 주로 다양한 제품과 프로세스에 사용할 수 있는 단일 제품을 생성하고 있습니다."