پلاستیکهای دور ریخته شده دوباره به زندگی بازمیگردند
سال ها است که دانشمندان بر اهمیت بازیافت مواد صنعتی، محصولات پتروشیمی و سایر مواد مشابه تاکید می کنند زیرا بازیافت پلاستیکها نهتنها با کاهش مصرف منابع فسیلی و انتشار گازهای گلخانهای به حفظ محیط زیست کمک میکند، بلکه با تبدیل ضایعات به مواد اولیه ارزشمند، چرخه تولید پایدار را تقویت نموده و از اتلاف انرژی در فرآیندهای صنعتی جلوگیری میکند.
به گزارش سیناپرس، محققان دانشگاه کمبریج در مطالعات اخیر خود دریافتند اسید باتری خودروهای فرسوده، با کمک اندکی کاتالیزور، میتواند به پلاستیکهای بازیافتی کارکردی جدید بخشیده و استفاده از آنها برای تولید مواد شیمیایی مفید را ممکن سازد.
این محققان روشی را کشف کرده اند که طی آن میتوان پلاستیکهای مورد مصرف روزمره مانند پلیاتیلن ترفتالات (PET) موجود در بطریهای آب، نایلون و پلیاورتان را به منابع اولیه شیمیایی مفید تبدیل کرد.
محققان در این مطالعات دریافتند با استفاده از فرآیندی محرکِ نور به نام هیدروژناسیون انتقالی فوتوکاتالیستی (Photocatalytic Transfer Hydrogenation – PTH)، می توان این پلاستیکها را به نیتروآرنها تبدیل کنند. ترکیباتی کلیدی که در تولید رنگدانهها، داروها و پلاستیکها کاربرد دارند.
گفتنی است روشهای سنتی تولید آنیلین نیازمند گاز هیدروژن خالص هستند که از سوختهای فسیلی تهیه میشود و مستلزم شرایط خطرناک فشار و دمای بالا است.
در این راهبرد نوین، محققان از اسید سولفوریک استخراجشده از باتریهای سربی-اسیدی مصرفشده استفاده کردند تا پلاستیکهای جامد را به هیدرولیزات تبدیل کنند؛ مخلوطهای مایعی از مونومرهای حلشونده که به عنوان منبعی پایدار برای پروتونها (هیدروژن) و الکترونهای مورد نیاز جهت هدایت واکنشهای شیمیایی عمل میکنند.
در مرحله بعد، الکتروکاتالیزورِ طراحیشده بهطور اختصاصی، یعنی مولیبدن سولفید کبالت، نقش اصلی را ایفا کرده و به عنوان عامل فعال برای تبدیل انتخابی نیتروآرنها به آنیلینهای با ارزش بالا به کمک نور خورشید عمل نمود. این فرآیند تا ۹۹٪ بازدهی را در طیف وسیعی از نیتروآرنها نشان داد.
نیتروآرنها، ترکیبات آروماتیکی حاوی گروه عاملی $NO2$، بهطور گستردهای به عنوان مواد اولیه برای تولید آنیلینها استفاده میشوند؛ آنیلینهایی که بلوکهای سازنده ضروری برای هر چیزی از محصولات روزمره تا مواد پیشرفته محسوب میشوند.
لازم به ذکر است که اکثر روشهای صنعتی هیدروژناسیون بر پایه هیدروژن مولکولی استوارند که از طریق فرآیند اصلاح بخار متان تولید میشود؛ فرآیندی که وابستگی شدیدی به سوختهای فسیلی دارد. این مسئله دانشمندان را به جستوجوی راهی پاکتر و کارآمدتر برای تولید آنیلینها سوق داده و این امر را به یکی از اهداف بزرگ صنعت شیمی تبدیل کرده است.
در این میان فوتوکاتالیز به عنوان روشی امیدبخش برای هدایت واکنشهای هیدروژناسیون با استفاده از نور خورشید مطرح شد. برای امکانپذیرسازی این فرآیند، تیم تحقیقاتی یک کاتالیزور دو بخشی طراحی کرد: به این ترتیب نیترید کربن به عنوان جذبکننده نور انرژی خورشیدی را جذب میکند و مولیبدن سولفید کبالت به عنوان یک ماده شیمیایی مورد نیاز، واکنش را به سمت محصولات مطلوب هدایت کرده و همزمان از واکنشهای جانبی ناخواسته جلوگیری میکند. برخلاف بسیاری از کاتالیزورها، این سیستم حتی در شرایط اسیدی نیز عملکرد کارآمد خود را حفظ میکند.
به این ترتیب پلاستیکهای دور ریخته شده نظیر بطریهای آب ، نایلون و پلیاورتان ابتدا به مدت شش ساعت در اسید سولفوریک جوشانده شده تا به هیدرولیزاتی تبدیل شوند که به عنوان منبع هیدروژن برای مرحله بعدی عمل کرده و سپس این هیدرولیزات با کاتالیزور و نیتروآرن هدف که قصد تبدیل آن را داشتند، مخلوط شد.
در این فرایند، کاتالیزور، نور شبیهسازیشده خورشید را جذب کرده و از این انرژی برای جدا کردن پروتونها و الکترونها از مولکولهای مشتقشده از پلاستیک استفاده میکند و آنها را به نیتروآرن منتقل نموده و در نهایت آن را به آنیلین تبدیل میسازد.
یافته های جدید نشان می دهد در زیر نور شبیهسازیشده خورشید، کاتالیزور ۲۴ نیتروآرن مختلف را از طریق فرآیند PTH به آنیلین تبدیل کرد و بازدهیهای چشمگیر ۸۳ تا ۹۹ درصد را به دست آورد. در این میان حتی الکلهایی که مستقیماً از پلاستیکهای بازیافتی تولید شده بودند، بازدهی بالای ۸۰ درصد را ارائه دادند و واکنش تحت هر دو شرایط نور خورشید و یک لامپ LED ساده نیز انجام شد.
محققان تاکید میکنند که فرآیند فوق الذکر مسیری نوین برای بازیافت محصولاتی ایجاد می کند که معمولا دور ریخته شده و استفاده نمی شوند به این ترتیب راهکاری عملی برای کاهش ردپای کربن صنعت شیمی و حمایت فعال از اقتصاد ارائه می شود.
یافتههای این پژوهش در آخرین شماره مجله Angewandte Chemie International Edition منتشر شده است.
مترجم: نیروانا محمدحسینی
