Điện xúc tác gốc sắt phân hủy polystyrene đồng thời tạo ra hydro thân thiện với môi trường.
Một phương pháp tái chế mới sử dụng năng lượng mặt trời, xúc tác bằng sắt có khả năng phân hủy polystyrene hiệu quả, tạo ra các hóa chất và hydro có giá trị, có khả năng chuyển đổi cách quản lý rác thải nhựa.
Nhựa đã trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta, tuy nhiên, sự tích tụ khổng lồ của rác thải nhựa trong các bãi chôn lấp và môi trường tự nhiên đặt ra những thách thức nghiêm trọng. Gần đây, một nhóm nghiên cứu của Đức đã báo cáo trên tạp chí Angewandte Chemie một phương pháp mới để tái chế rác thải polystyrene. Quy trình điện hóa hiệu quả của họ, được cung cấp năng lượng bởi chất xúc tác sắt giá cả phải chăng, tạo ra hydro như một sản phẩm phụ và có thể vận hành bằng năng lượng mặt trời.
Ít hơn 10% nhựa được sản xuất trên thế giới được tái chế. Rác thải nhựa đang tích tụ trong các bãi chôn lấp và đường thủy, đe dọa động vật hoang dã và môi trường. Đến năm 2025, đống nhựa này dự kiến sẽ đạt 40 tỷ tấn. Trên toàn cầu, khoảng 33% vật liệu được chôn lấp bao gồm polystyrene (PS), được sử dụng rộng rãi trong bao bì và xây dựng. Chỉ có khoảng 1% polystyrene được tái chế.
Năng lực sản xuất polystyrene trên toàn thế giới đạt 15,4 triệu tấn vào năm 2022 và tiếp tục tăng. Tái chế nhựa, đặc biệt là polystyrene, là một trong những thách thức xã hội lớn nhất của thời đại chúng ta. Các phương pháp tái chế hiệu quả, tiết kiệm chi phí chuyển đổi rác thải nhựa thành các phân tử nhỏ có giá trị có thể được sử dụng trong tổng hợp hóa học sẽ là một bước tiến tới nền kinh tế carbon tuần hoàn bền vững.
Một bước đột phá trong quá trình phân hủy Polystyrene
Một nhóm do Lutz Ackermann dẫn đầu tại Viện nghiên cứu Friedrich Wöhler về hóa học bền vững ở Göttingen (Đức) hiện đã phát triển một phương pháp điện xúc tác để phân hủy hiệu quả polystyrene. Quá trình phân hủy tạo ra một tỷ lệ tương đối cao các sản phẩm benzoyl monome có thể được sử dụng làm nguyên liệu đầu vào cho các quá trình hóa học, cũng như một số chuỗi polymer ngắn.
Chìa khóa cho thành công này là một chất xúc tác gốc sắt mạnh, một phức hợp porphyrin sắt giống với hemoglobin. Ưu điểm của nó so với nhiều kim loại hoạt động xúc tác khác là sắt không độc hại, không đắt và dễ kiếm. Trong phản ứng điện xúc tác, hợp chất sắt tuần hoàn giữa các bước oxy hóa khác nhau (IV, III và II). Một loạt các bước phản ứng và các sản phẩm trung gian cuối cùng dẫn đến sự phân tách các liên kết cacbon-cacbon trong xương sống của polyme. Các sản phẩm chính là axit benzoic và benzaldehyde. Axit benzoic là nguyên liệu đầu vào cho nhiều quá trình tổng hợp hóa học trong sản xuất hương liệu và chất bảo quản, ví dụ. Độ bền của quá trình điện xúc tác mới lạ này đã được chứng minh bằng khả năng phân hủy hiệu quả rác thải nhựa thực tế theo thang gam.
Quá trình phân hủy polystyrene này có thể được cung cấp năng lượng hoàn toàn bằng điện từ các tấm pin mặt trời có bán trên thị trường. Ngoài ra, một phản ứng phụ hữu ích xảy ra trong quá trình phân hủy: sản xuất hydro. Theo cách này, quy trình điện xúc tác mới, có thể dễ dàng mở rộng quy mô lên cấp độ công nghiệp, kết hợp tái chế nhựa hiệu quả với sản xuất hydro xanh phi tập trung.
Tài liệu tham khảo: “Tái chế polyme hàng hóa anot: Sự hợp nhất của phản ứng điện phân sắt với phản ứng giải phóng hydro có thể mở rộng” của Maxime Hourtoule, Sven Trienes và Lutz Ackermann, ngày 10 tháng 9 năm 2024, Angewandte Chemie International Edition .
Nguồn tài trợ: Werner Siemens-Stiftung, HORIZON EUROPE Hội đồng nghiên cứu châu Âu
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
