Un catalyseur unique ouvre la voie au recyclage du plastique
Un catalyseur récemment mis au point pour décomposer les Plastiques continue de faire progresser les processus d'upcycling des plastiques. En 2020, une équipe de chercheurs dirigée par des scientifiques du laboratoire d'Ames a mis au point le premier catalyseur inorganique de processus pour déconstruire les plastiques polyoléfines en molécules pouvant être utilisées pour créer des produits plus précieux. Aujourd'hui, l'équipe a mis au point et validé une stratégie permettant d'accélérer la transformation sans sacrifier les produits souhaités.
Visuel de deux variantes du catalyseur, avec un segment de la coquille enlevé pour montrer l'intérieur. La sphère blanche représente l'enveloppe de silice, les trous sont les pores. Les sphères vertes brillantes représentent les sites catalytiques, celles de gauche sont beaucoup plus petites que celles de droite. Les chaînes rouges les plus longues représentent les chaînes de polymère, et les chaînes plus courtes sont les produits après catalyse. Toutes les chaînes plus courtes sont de taille similaire, ce qui représente la sélectivité constante à travers les variations du catalyseur. De plus, il y a plus de petites chaînes produites par les sites catalytiques plus petits car la réaction se produit plus rapidement.
Image courtesy of Argonne National Laboratory, U.S. Department of Energy
Le catalyseur a été initialement conçu par Wenyu Huang, un scientifique du laboratoire Ames. Il se compose de particules de platine supportées par un noyau de silice solide et entourées d'une enveloppe de silice aux pores uniformes qui donnent accès aux sites catalytiques. La quantité totale de platine nécessaire est assez faible, ce qui est important en raison du coût élevé du platine et de son approvisionnement limité. Lors des expériences de déconstruction, les longues chaînes de polymère s'enfilent dans les pores et entrent en contact avec les sites catalytiques, puis les chaînes sont brisées en morceaux plus petits qui ne sont plus des matières plastiques.
Aaron Sadow, scientifique au laboratoire Ames et directeur de l'Institute for Cooperative Upcycling of Plastics (iCOUP), explique que l'équipe a créé trois variantes du catalyseur. Chaque variation présentait des noyaux et des enveloppes poreuses de taille identique, mais des particules de platine de diamètres différents, de 1,7 à 2,9 et 5,0 nm.
L'équipe a supposé que les différences de taille des particules de platine affecteraient la longueur des chaînes de produits, de sorte que les grandes particules de platine produiraient des chaînes plus longues et les petites des chaînes plus courtes. Cependant, le groupe a découvert que les longueurs des chaînes de produits étaient de la même taille pour les trois catalyseurs.
"Dans la littérature, la sélectivité des réactions de clivage des liaisons carbone-carbone varie généralement avec la taille des nanoparticules de platine. En plaçant le platine au fond des pores, nous avons observé quelque chose de tout à fait unique", a déclaré Sadow.
Au contraire, la vitesse à laquelle les chaînes ont été brisées en molécules plus petites était différente pour les trois catalyseurs. Les plus grosses particules de platine ont réagi plus lentement avec la longue chaîne de polymère, tandis que les plus petites ont réagi plus rapidement. Cette vitesse accrue pourrait résulter du pourcentage plus élevé de sites de platine en bordure et en coin sur les surfaces des nanoparticules plus petites. Ces sites sont plus actifs dans le clivage de la chaîne polymère que le platine situé dans les faces des particules.
Selon M. Sadow, ces résultats sont importants car ils montrent que l'activité peut être ajustée indépendamment de la sélectivité dans ces réactions. "Nous sommes désormais convaincus que nous pouvons fabriquer un catalyseur plus actif qui absorberait le polymère encore plus rapidement, tout en utilisant les paramètres structurels du catalyseur pour régler des longueurs de chaîne de produit spécifiques", a-t-il déclaré.
Huang a expliqué que ce type de réactivité des grosses molécules dans les catalyseurs poreux en général n'est pas largement étudié. La recherche est donc importante pour comprendre la science fondamentale ainsi que les performances de ces catalyseurs pour le recyclage des plastiques.
"Nous devons vraiment approfondir la compréhension du système, car nous apprenons encore de nouvelles choses chaque jour. Nous explorons d'autres paramètres que nous pouvons régler pour augmenter encore le taux de production et modifier la distribution du produit", a déclaré M. Huang. "Il y a donc beaucoup de nouvelles choses dans notre liste qui attendent d'être découvertes".
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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