Μία πρωτοποριακή μέθοδο ανέπτυξαν ερευνητές του πανεπιστημίου της Αδελαΐδας, η οποία μπορεί να μετατρέπει τα πλαστικά απόβλητα σε πολύτιμα νανοϋλικά άνθρακα. Τα πλαστικά, ένα από τα πιο επίμονα παγκόσμια περιβαλλοντικά προβλήματα, είναι ανθεκτικά και δύσκολο να ανακυκλωθούν.
Η μέθοδος που ανέπτυξαν οι ερευνητές είναι καθολική και κλιμακούμενη, επιτρέποντας την αναβάθμιση κοινών τύπων πλαστικών, όπως PET, PVC, πολυαιθυλένιο και πολυπροπυλένιο, καθώς και των μειγμάτων τους, σε καταλύτες μονού ατόμου (Single-Atom Catalysts – SACs).
Προηγμένα απόβλητα με μεταλλικά άτομα
«Αυτό το έργο αναδεικνύει πώς ο προηγμένος χαρακτηρισμός στο Synchrotron επιτρέπει σημαντικές ανακαλύψεις στη βιωσιμότητα. Αποκαλύπτοντας τη δομή σε ατομικό επίπεδο αυτών των νέων καταλυτών, βοηθήσαμε την ερευνητική ομάδα να κατανοήσει γιατί λειτουργούν τόσο αποτελεσματικά και πώς να επεκτείνει τη μέθοδο», δήλωσε ο Δρ Μπέρντ Γιοχανέσεν, ανώτερος επιστήμονας στο Australian Synchrotron και συν-συγγραφέας της μελέτης.
«Η τεχνική XAS είναι ένα μοναδικά ισχυρό εργαλείο σε τέτοιες μελέτες, καθώς μπορεί να διακρίνει με σαφήνεια μεταξύ νανοσωματιδίων και πραγματικών μονοατομικών θέσεων. Παρατηρούμε μια αυξανόμενη ζήτηση από ερευνητές παγκοσμίως που εργάζονται σε αυτόν τον τομέα», συμπλήρωσε.
Η ερευνητική ομάδα αποκάλυψε ότι τα προηγμένα αυτά υλικά αποβλήτων περιέχουν μεταλλικά άτομα προσκολλημένα και απομονωμένα σε υπόστρωμα γραφενίου, γεγονός που τα καθιστά εξαιρετικά αποδοτικά σε χημικές αντιδράσεις. Οι καταλύτες μονού ατόμου που παράχθηκαν από πλαστικά απόβλητα έδειξαν εξαιρετική απόδοση στη διάσπαση μικρορρύπων στο νερό και στην ενίσχυση τεχνολογιών καθαρής ενέργειας, όπως οι μπαταρίες και οι κυψέλες καυσίμου.
Ανάλυση με ακτίνες Χ και δομική επιβεβαίωση
Στο Australian Synchrotron της ANSTO στη Μελβούρνη, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τη Φασματοσκοπία Απορρόφησης Ακτίνων Χ (XAS) για να μελετήσουν τη δομή των καταλυτών σε ατομική κλίμακα, σύμφωνα με το interestingengineering. Οι μετρήσεις επιβεβαίωσαν ότι τα μέταλλα δεν σχημάτιζαν νανοσωματίδια, αλλά ήταν διασκορπισμένα ως μεμονωμένα άτομα, χημικά δεσμευμένα μέσα στο ανθρακικό πλαίσιο σε ευνοϊκό περιβάλλον συντονισμού, το «μυστικό» της εξαιρετικής τους απόδοσης, σύμφωνα με το δελτίο Τύπου.
Απλή και κλιμακούμενη μέθοδος
Δημοσιευμένη στο περιοδικό Nature Communications, η απλή και κλιμακούμενη αυτή μέθοδος μπορεί να μετατρέπει διάφορους τύπους πλαστικών, όπως πολυαιθυλένιο, πολυπροπυλένιο, πολυστυρένιο, πολυαιθυλενοτερεφθαλικό, πολυβινυλοχλωρίδιο και τα μείγματά τους, σε πορώδεις καταλύτες μονού ατόμου με διαφορετική χημεία συντονισμού και εξαιρετικές εφαρμογές σε ποικιλία καταλυτικών αντιδράσεων.
Η ερευνητική ομάδα τόνισε ότι τα στρωματοποιημένα άλατα χλωριδίων μεταβατικών μετάλλων (νικέλιο, σίδηρος, κοβάλτιο, μαγγάνιο και χαλκός) χρησιμοποιούνται ως πρότυπο και καταλύτης για τον ελεγχόμενο ανθρακισμό των πλαστικών σε στρωματοποιημένους καταλύτες μονού ατόμου. Ο κατάλληλος λόγος πλαστικού προς άλας αποτελεί κρίσιμο παράγοντα για την αποφυγή συσσωμάτωσης των μετάλλων κατά τη σύνθεση των καταλυτών.
«Οι καταλύτες μονού ατόμου παρουσιάζουν εξαιρετική καταλυτική δραστηριότητα στην οξειδωτική αποδόμηση μιας σειράς ανθεκτικών οργανικών ρύπων για την επεξεργασία νερού και υπερέχουν σε ηλεκτροκαταλυτικά συστήματα όπως οι αντιδράσεις αναγωγής οξυγόνου/αζώτου και οι μπαταρίες λιθίου-θείου», ανέφεραν οι ερευνητές στη μελέτη.
Αναβάθμιση στερεών αποβλήτων και βιώσιμη λύση
Η τεχνική αυτή προσφέρει μια ευέλικτη, κλιμακούμενη και αποδοτική στρατηγική για την αναβάθμιση στερεών αποβλήτων σε υλικά υψηλών επιδόσεων για περιβαλλοντική και ενεργειακή κατάλυση, σύμφωνα με τη μελέτη.
«Η εργασία μας δείχνει ότι τα πλαστικά, τα οποία συνήθως θεωρούνται απόβλητα και περιβαλλοντικό βάρος, μπορούν στην πραγματικότητα να αποτελέσουν πολύτιμο πόρο για την παραγωγή προηγμένων καταλυτών. Αυτή η προσέγγιση ανοίγει έναν βιώσιμο δρόμο για την αντιμετώπιση τόσο της ρύπανσης από πλαστικά όσο και της ανάγκης για νέα υλικά», δήλωσε η πρώτη συγγραφέας της μελέτης, Δρ Σίγινγκ Ρεν, από το πανεπιστήμιο της Αδελαΐδας.
Η ανακάλυψη προσφέρει έναν ισχυρό τρόπο να δοθεί «δεύτερη ζωή» στα πλαστικά απόβλητα ως υλικά υψηλών επιδόσεων, προωθώντας την κυκλική οικονομία και τις τεχνολογίες καθαρής ενέργειας επόμενης γενιάς. Σε αντίθεση με πολλές προσεγγίσεις ανακύκλωσης, η συγκεκριμένη μέθοδος λειτουργεί με πολλαπλούς τύπους πλαστικών και ακόμη και με τα μείγματά τους, παράγοντας ποσότητες σε κλίμακα γραμμαρίων που υποδεικνύουν την πραγματική της εφαρμοσιμότητα.