Các chất xúc tác có thể biến túi rác thành nhiên liệu

Theo báo cáo của các nhà nghiên cứu, hiện nay họ đang nghiên cứu thêm một cặp chất xúc tác để phá vỡ mảng Polyethylene lớn, và chuyển đổi chúng thành những nhiên liệu lỏng và các hóa chất có giá trị khác. Nhanh hơn và bền hơn các phiên bản chất xúc tác đang được sử dụng trong các công trình hiện nay, và chúng có thể thúc đẩy những nỗ lực tái chế, ngăn chặn hàng triệu tấn nhựa dẻo đang gây tắc nghẽn ở các bãi chôn lấp và cuộn quanh các đại dương trên thế giới.

Như tên gọi, Polyethylene được làm từ nhiều bản sao của ethylene, một khối hydrocarbon đơn giản với hai nguyên tử cacbon bao quanh bởi bốn nguyên tử hydro. Các chất xúc tác kết nối hàng triệu ethylenes thành các chuỗi dài, có thể thẳng hoặc phân nhánh, tác động đến độ cứng, độ dẻo dai, và tỷ trọng của các sản phẩm hoàn thiện. Trong hầu hết các trường hợp, Polyethylene cuối cùng là trơ, cứng và chịu được va đập.

Zhibin Guan, một nhà hóa học tại Đại học California đã giải thích, độ bền xuất phát từ một thực tế đơn giản: Tất cả những liên kết giữa các nguyên tử là liên kết đơn, có tính ổn định cao, rất khó bị phá vỡ. Để thay đổi điều đó, Guan và các đồng nghiệp của ông đã hợp tác với các nhà nghiên cứu dẫn đầu bởi nhà hóa học Zheng Huang tại Học viện Khoa học Trung Quốc ở Thượng Hải để tái mục đích lại hai chất xúc tác hiện nay. Những chất xúc tác này, được phát triển bởi Đại học Bắc Carolina, Chapel Hill, nhà hóa học Maurice Brookhart và các đồng nghiệp, thường được sử dụng để liên kết các hydrocacbon ngắn, gọi là alkan, lại với nhau thành chuỗi hydrocarbon dài hơn và có giá trị hơn, chẳng hạn như được thấy trong nhiên liệu diesel.

Khi hai chất xúc tác thêm vào một loạt các alkan ngắn, chất xúc tác đầu tiên tách các nguyên tử hydro ra khỏi các nguyên tử carbon liền kề trong các phân tử ankan đơn. Những chất hóa học mới tự do liên kết lại với nhau, tạo thành một liên kết đôi giữa các nguyên tử cacbon lân cận. Các liên kết đôi tạo ra một liên kết yếu, dễ bị tổn thương trong chuỗi ankan ngắn, chất xúc tác thứ hai được dùng để phân chia chuỗi ankan. Ankan được phân tách sau đó phản ứng với nhau, tạo thành một hỗn hợp ankan rất ngắn và alkan có độ dài trung bình. Sau này thường chứa từ 10-12 cacbon- là những thành phần hoàn hảo sử dụng cho nhiên liệu diesel.

Guan và Huang băn khoăn liệu quá trình tương tự có thể làm ngược lại để phá vỡ các Polyethylene rất dài, mà có thể chứa hàng triệu nguyên tử cacbon hay không? Để tìm hiểu, họ đã trộn lẫn chất thải polyethylene như các túi rác với ankan lỏng ngắn và sau đó thêm vào hai chất xúc tác. Một lần nữa, chất xúc tác đầu tiên đã tách bỏ hydro ra khỏi các nguyên tử carbon liền kề trong cả chuỗi polyethylene dài và alkan ngắn để tạo thành liên kết đôi; chất xúc tác thứ hai tách các phân tử và ghép ngẫu nhiên các phân tử đã tách lại với nhau. Kết quả được đăng trên tạp chí Science Advances, rằng chúng tiếp tục phá vỡ các chuỗi dài cho đến khi đạt đến kích thước chuỗi mà có các nhiên liệu và hydrocarbon có giá trị khác.

Brookhart cho rằng: "Đây là ứng dụng thật sáng tạo và thông minh về các chất xúc tác". Tuy nhiên, ông lưu ý rằng, cần phải nghiên cứu thêm để có thể thương mại hóa sản phẩm. Bắt đầu, các chất xúc tác phá vỡ polyethylene chậm, qua quá trình một ngày hoặc nhiều hơn. Đồng thời, chúng cũng đắt và phân hủy ngay sau khi tách chỉ vài ngàn chuỗi polymer, ít hơn so với hàng triệu chuỗi được tách bởi hầu hết các chất xúc tác thương mại. Guan và các đồng nghiệp của ông đang nghiên cứu để khắc phục những vấn đề này, với hy vọng rằng một ngày nào đó, chúng có thể xử lý hàng triệu tấn nhựa thải mà chúng ta loại bỏ mỗi năm.

N.M.P - NASATI (Theo Sciencemag)