Новый катализатор расщепляет рыболовные сети всего за несколько минут без вредных побочных продуктов

novyy katalizator rasscheplyaet rybolovnye seti vsego za neskolko minut bez
Химики разработали новый катализатор, который избирательно расщепляет нейлон-6 (Капрон) – пластиковый полимер, используемый в рыболовных сетях, — всего за несколько минут без образования вредных побочных продуктов. И что самое приятное — процесс не требует токсичных растворителей, дорогостоящих материалов или экстремальных физико-химических условий, что делает его идеальным для крупномасштабного применения.

Несмотря на значительное воздействие на окружающую среду, мировое производство пластика продолжает расти. В настоящее время ежегодное мировое производство оценивается в 450 миллионов тонн, а к 2045 году оно должно удвоиться. Среди наиболее широко используемых — нейлоны (или полиамиды), производство которых составляет более 8,9 миллиона тонн в год. Эта категория пластика отличается высокой прочностью и, соответственно, большим сроком службы, что препятствует его биологическому разложению. Попадая в окружающую среду, они могут сохраняться в течение тысяч лет, угрожая морской жизни. Нейлоны — полимеры, наиболее часто встречающиеся в желудках морских животных.

Нейлон-6 — компонент большинства рыболовных сетей — составляет 10 % от общего загрязнения океанов пластиком и почти 46 % пластикового континента у берегов Тихого океана. Такое масштабное присутствие объясняется тем, что рыболовные сети теряют свои качества уже через несколько лет использования. Когда они слишком сильно намокают, их становится так трудно сматывать, что многие рыбаки просто бросают их – не говоря уже о том, что новые сети стоят невероятно дешево. Они часто оказываются на пляжах или на дне океана. По оценкам, ежегодно в океанах выбрасывается 600 000 тонн рыболовных сетей, которые попадают в желудки морских животных. Они также могут стать ловушкой для морских животных и повредить коралловые рифы.

Весь мир знает о проблеме пластика“, — говорит ведущий автор нового исследования Тобин Маркс из Северо-Западного университета. Однако “пластик — это часть нашего общества, и мы используем его очень много“, — добавляет он. Поэтому Маркс и его команда предлагают разлагать и перерабатывать их с помощью нового катализатора, главным преимуществом которого является “чистая” и, следовательно, устойчивая деградация. Он не требует растворителей или экстремальных физико-химических условий.

Выход деполимеризации превышает 99%

Современные методы утилизации отходов нейлона-6 в основном предполагают их захоронение на полигонах. Это связано с тем, что разложение нейлона-6 путем сжигания приводит к выбросу токсичных загрязняющих веществ (таких, как оксиды азота), оказывающих различное негативное воздействие на здоровье человека (преждевременная смертность и проблемы с дыханием), а также к выбросам парниковых газов (включая углекислый газ). И хотя для его разложения пытались использовать различные химические катализаторы, эти процессы часто требуют экстремальных условий (высокие температуры до 350 °C, испарение под высоким давлением и т.д.) и токсичных растворителей. Это требует больших энергетических затрат и способствует дальнейшему загрязнению окружающей среды.

Катализатор, представленный в новом исследовании, опубликованном в журнале Chem, призван преодолеть эти трудности. Он представляет собой металлоцен, состоящий из ионов иттрия и лантанидов, которые недороги и распространены на Земле. При молярной концентрации всего 0,04% катализатор позволяет деполимеризовать нейлон-6 при температуре 220 °C без использования растворителей. Это самые щадящие на сегодняшний день физико-химические условия для деградации этого пластика, позволяющие достичь впечатляющего выхода более 99 % без образования токсичных побочных продуктов. Полученный в результате процесса капролактам может быть реполимеризован в более качественный нейлон-6, который пользуется большим спросом благодаря своей прочности и долговечности. “Переработанный нейлон на самом деле стоит больше, чем обычный“, — объясняет Маркс. “Многие модные бренды высокого класса используют переработанный нейлон в своей одежде“, — говорит Маркс.

Катализатор также обладает высокой селективностью, разлагая только полимеры нейлона-6, не повреждая окружающие материалы. Это означает, что промышленные предприятия могут использовать его для обработки больших объемов несортированных отходов и сэкономить значительные средства на их утилизации. Хотя во многих странах существуют системы сортировки отходов, “вам придется нанимать людей для сортировки всех отходов, чтобы удалить нейлон. Это очень дорого и неэффективно“, — объясняет Маркс. “Но если катализатор просто разлагает нейлон и оставляет все остальное, это невероятно эффективно“, — добавляет он, не говоря уже о том, что переработка мономеров позволяет избежать необходимости производить больше пластика с нуля (нейлон производится из сырой нефти).

Подход Маркса и его команды представляет собой инновационную альтернативу, восполняющую пробелы в существующих технологиях переработки и направленную на пластик, который особенно трудно разлагается. Он уже заинтересовал ряд потенциальных промышленных партнеров и в конечном итоге может помочь решить часть глобальной проблемы загрязнения пластиком.