ICTPRESS - یک کاتالیزور آهنیِ فعال‌شونده با نور خورشید می‌تواند زباله‌های پلاستیکی را به اسید استیک که ماده اصلی تشکیل‌دهنده سرکه است، تبدیل کند و مسیر تازه‌ای برای «بازیافت ارتقایی» (upcycling) ارائه دهد.

به گزارش شبکه خبری ICTPRESS به نقل از آی‌ای، پژوهشگران در دانشگاه واترلو روشی خورشیدی را توسعه داده‌اند که پلاستیک‌های دورریز را به اسید استیک تبدیل می‌کند. این فرایند با استفاده از نور خورشید و یک کاتالیزور مهندسی‌شده ویژه، پلیمرهای پلاستیکی را در سطح مولکولی تجزیه می‌کند؛ مسیری که می‌تواند بدون افزودن دی‌اکسیدکربن به جو، راهی تازه برای ارزش‌آفرینی از زباله‌ها فراهم کند.

 این گروه یک سامانه «فوتوکاتالیز آبشاریِ الهام‌گرفته از طبیعت» طراحی کرده است که بر پایه اتم‌های تکیِ آهنِ تثبیت‌شده در چارچوب نیترید کربن ساخته شده است. هنگامی که این ماده در معرض نور خورشید قرار می‌گیرد، زنجیره‌ای از واکنش‌های شیمیایی را فعال می‌کند که پلیمرهای رایج پلاستیکی را با گزینش‌پذیری بالا به اسید استیک تبدیل می‌کند.

برخلاف بسیاری از روش‌های بازیافت که به گرما یا انرژی حاصل از سوخت‌های فسیلی متکی‌اند، این رویکرد با انرژی خورشیدی کار می‌کند و در محیط آبی انجام می‌شود؛ ویژگی‌ای که آن را برای مقابله با ریزپلاستیک‌ها در محیط‌های آبی بسیار مرتبط می‌کند.

این سامانه روی پلاستیک‌های پرکاربردی مانند PVC، PP، PE و PET آزمایش شد و حتی در پردازش جریان‌های مخلوط پلاستیکی نیز کارآمد باقی ماند که شرطی کلیدی برای کاربردهای واقعی در مدیریت پسماند است.

بازیافت ارتقایی پلاستیک با نیروی خورشید

زباله‌های پلاستیکی، به ‌ویژه ریزپلاستیک‌ها، در اکوسیستم‌های دریایی و خشکی شناسایی شده‌اند و انباشت آن‌ها نگرانی‌هایی درباره تأثیراتشان بر حیات ‌وحش و سلامت انسان ایجاد کرده است.

دکتر ییمین وو، استاد مهندسی مکانیک می‌گوید: هدف ما این بود که با استفاده از نور خورشید، چالش آلودگی پلاستیکی را از طریق تبدیل ریزپلاستیک‌ها به محصولات با ارزش، حل کنیم.

این پژوهش با هدایت وو و توسط دانشجوی دکتری او، انجام شد و در مراحل اولیه از حمایت مالی مشترک مؤسسه نانوفناوری واترلو و مؤسسه آب بهره برد.

طراحی کاتالیزور از سامانه‌های طبیعی الهام گرفته است. برخی قارچ‌ها با استفاده از آنزیم‌ها، مواد آلی پیچیده را طی واکنش‌های مرحله ‌به ‌مرحله تجزیه می‌کنند. به‌طور مشابه، گروه واترلو مسیر واکنشی آبشاری‌ را طراحی کرده است که پلیمرهای پلاستیکی را به ‌تدریج به اسید استیک تبدیل می‌کند.

طراحی کاتالیزور تک ‌اتمی

در قلب این سامانه، اتم‌های منفرد آهن قرار دارند که در چارچوب نیترید کربن پراکنده شده‌اند. این جایگاه‌های تک ‌اتمی کنترل و کارایی واکنش را در حضور نور خورشید افزایش می‌دهند و امکان تولید انتخابی اسید استیک به‌جای مخلوطی از محصولات جانبی را فراهم می‌کنند.

اسید استیک کاربردهای صنعتی گسترده‌ای دارد؛ از صنایع غذایی گرفته تا تولید مواد شیمیایی و سامانه‌های انرژی. تبدیل زباله‌های پلاستیکی به این ترکیب، هم ارزش اقتصادی ایجاد می‌کند و هم آلودگی را کاهش می‌دهد.

پژوهشگران همچنین یک تحلیل فنی–اقتصادی انجام دادند تا امکان‌پذیری تجاری این فناوری را ارزیابی کنند. مدیر اجرایی مؤسسه آب و از هم‌نویسندگان بخش تحلیل اقتصادی، می‌گوید: از منظر تجاری و اجتماعی، مزایای مالی و اقتصادی این نوآوری امیدوارکننده به نظر می‌رسد.

از آنجا که واکنش در آب انجام می‌شود و پلاستیک‌ها را در سطح شیمیایی تجزیه می‌کند، این فناوری می‌تواند راهی برای مقابله مستقیم با ریزپلاستیک‌ها فراهم کند، نه صرفا فیلتر کردن آن‌ها.

با وجود اینکه این سامانه هنوز در مرحله آزمایشگاهی است، گروه پژوهشی معتقد است با پیشرفت‌های بیشتر در مهندسی مواد و تولید، می‌توان آن را بهینه‌سازی و مقیاس‌پذیر کرد.