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Un nano-catalyseur unique ouvre la voie au recyclage du plastique

28 mai 2022

(Nouvelles de Nanwerk) Un catalyseur récemment mis au point pour la décomposition des plastiques continue de stimuler les opérations de recyclage des plastiques. En 2020, une équipe de chercheurs dirigée par des scientifiques du laboratoire Ames a développé Le premier catalyseur inorganique traité Décomposer le plastique polyoléfine en particules pouvant être utilisées pour produire des produits plus précieux. Aujourd’hui, l’équipe a développé et adopté une stratégie pour accélérer la transformation sans sacrifier les produits recherchés.

Le catalyseur a été conçu à l’origine par Wenyu Huang, un scientifique d’Ames Lab. Il est constitué de particules de platine supportées sur un noyau de silice solide entouré d’une coquille de silice avec des pores uniformes donnant accès aux sites catalytiques. La quantité totale de platine requise est très faible, ce qui est important en raison du coût élevé et de l’offre limitée du platine.

Au cours des expériences de désassemblage, les longues chaînes de polymères sont enchevêtrées dans les pores et connectées aux sites catalytiques, puis les chaînes sont brisées en morceaux plus petits qui ne sont plus en plastique (voir l’image pour plus de détails).

Aaron Sado, scientifique au laboratoire Ames et directeur de l’Institut pour le recyclage coopératif des plastiques (iCOUP), a expliqué que l’équipe avait formulé trois formes différentes de catalyseur. Chaque variante avait des noyaux et des coquilles poreux de taille identique, mais avec des diamètres différents de particules de platine, de 1,7 à 2,9 à 5,0 nm. Visibles sont deux types de catalyseurs différents, avec une partie du boîtier retirée pour montrer l’intérieur. La boule blanche représente la croûte de silice, les trous sont les pores. Les sphères vert vif représentent les sites stimulés, et celles de gauche sont beaucoup plus petites que celles de droite. Les chaînes rouges plus longues représentent les chaînes polymères et les chaînes plus courtes sont des produits post-stimulation. Toutes les chaînes plus courtes sont de taille similaire, ce qui représente une sélectivité constante parmi les diversités de catalyseurs. De plus, il y a plus de chaînes plus petites produites par les sites catalytiques plus petits car la réaction se produit plus rapidement. (Photo: Ames Lab)

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L’équipe a émis l’hypothèse que les différences de taille des particules de platine affecteraient la longueur des chaînes de produits, de sorte que les particules de platine plus grosses feraient des chaînes plus longues et que les molécules plus petites feraient des chaînes plus courtes. Cependant, le groupe a découvert que les longueurs de chaîne de produits étaient de la même taille pour les trois stimuli.

« Dans la littérature, la sélectivité des réactions de clivage des liaisons carbone-carbone varie généralement avec la taille des nanoparticules de platine. En plaçant du platine au fond des pores, nous avons vu quelque chose de complètement unique », a déclaré Sado.

Au lieu de cela, la vitesse à laquelle les chaînes ont été divisées en molécules plus petites était différente pour les trois catalyseurs. Les molécules de platine plus grosses ont réagi avec la longue chaîne polymère plus lentement tandis que les molécules plus petites ont réagi plus rapidement. Ce taux accru pourrait résulter du pourcentage plus élevé de sites de bord et d’angle de platine sur des surfaces plus petites nanoparticules. Ces sites sont plus actifs dans le clivage de la chaîne polymère que le platine dans les faces des particules.

Selon Sado, les résultats (Journal de l’American Chemical SocietyEt le « Des nanoparticules à taille contrôlée incorporées dans une structure poreuse conduisent à une hydrogénolyse efficace et sélective des polyoléfines ») sont importantes car elles montrent que l’activité peut être modulée indépendamment de la sélectivité dans ces réactions.

« Maintenant, nous sommes convaincus que nous pouvons fabriquer un catalyseur plus actif qui mâchera le polymère plus rapidement, tout en utilisant les paramètres structurels du catalyseur pour commander des longueurs de chaîne de produits spécifiques », a-t-il déclaré.

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Huang a expliqué que ce type d’interaction de molécules plus grosses dans des catalyseurs poreux n’a généralement pas été largement étudié. Ainsi, la recherche est importante pour comprendre la science fondamentale ainsi que ses performances dans le recyclage du plastique.

« Nous avons vraiment besoin d’améliorer la compréhension du système car nous apprenons encore de nouvelles choses chaque jour. Nous explorons d’autres facteurs que nous pouvons ajuster pour augmenter le taux de production et transformer la distribution des produits », a déclaré Huang. « Il y a donc beaucoup de nouvelles des choses sur notre liste qui attendent que nous les découvrions.