Tin Khoa học Công nghệ quốc tế

Chất xúc tác đầu tiên bắt chước quá trình tự nhiên để phân hủy nhựa

21/12/2020 | 0
Một nhóm các nhà khoa học đã phát triển một chất xúc tác đầu tiên có thể xử lý nhựa polyolefin, loại polyme được sử dụng rộng rãi trong những thứ như túi tạp hóa, bình sữa, chai đựng dầu gội, đồ chơi và hộp thực phẩm.

Trong khi tái chế nhựa không phải là khoa học mới, các quy trình tái chế hiện tại chưa đem lại sự hấp dẫn về mặt kinh tế, bởi theo các quy trình này nhựa phế thải được “chu trình hóa” thành vật liệu kém hữu ích hơn. Thách thức này tiếp tục là trở ngại trong việc giải quyết cuộc khủng hoảng ô nhiễm toàn cầu gây ra bởi nhựa dùng một lần đang ngày càng gia tăng.

Một nhóm các nhà khoa học dẫn đầu bởi Phòng thí nghiêm Ames của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ đã phát triển một chất xúc tác đầu tiên có khả năng xử lý nhựa polyolefin như polyethylene và polypropylene, đây là các loại polyme được sử dụng rộng rãi trong những thứ như túi tạp hóa, bình sữa, chai đựng dầu gội, đồ chơi, hộp đựng thực phẩm. Quá trình xử lý tạo ra các thành phần đồng nhất, chất lượng cao có thể được sử dụng để sản xuất nhiên liệu, dung môi và dầu bôi trơn, và các sản phẩm có giá trị cao và có tiềm năng biến chúng và các loại nhựa đã qua sử dụng thành một nguồn tài nguyên chưa được khai thác.

Aaron Sadow, một nhà khoa học làm việc tại Phòng thí nghiệm Ames và là Giám đốc Viện Hợp tác tái chế chựa (iCOUP) cho biết: “Chúng tôi đã đạt được một bước tiến lớn... Chúng tôi đưa ra giả thuyết rằng chúng tôi có thể vay mượn từ tự nhiên và bắt chước quá trình các enzym phá vỡ chính xác các đại phân tử như protein và cellulose. Chúng tôi đã thành công trong việc làm điều đó và rất hào hứng theo đuổi việc tối ưu hóa và phát triển quá trình này hơn nữa.”

Quy trình độc đáo này dựa trên công nghệ hạt nano. Nhà khoa học Wenyu Huang của Phòng Thí nghiệm Ames đã thiết kế một hạt nano silica trung tính bao gồm một lõi bạch kim với các mặt xúc tác, được bao quanh bởi các lỗ hoặc kênh silica, qua đó các chuỗi polime dài xuyên qua chất xúc tác. Với thiết kế này, chất xúc tác có thể bám vào và phân tách các chuỗi polyme thành các đoạn ngắn đồng nhất, có nhiều tiềm năng trở thành sản phẩm cuối cùng hữu ích hơn.

“Loại quy trình xúc tác có kiểm soát này chưa bao giờ được thiết kế dựa trên các vật liệu vô cơ”, Huang, người chuyên thiết kế các chất xúc tác nano có cấu trúc định hình cho biết “Chúng tôi đã có thể chứng minh rằng quá trình xúc tác có khả năng thực hiện nhiều bước phân giải cấu trúc giống hệt nhau trên cùng một phân tử trước khi giải phóng nó”.

Chuyên gia đo NMR Fred Perras giúp nhóm nghiên cứu kỹ lưỡng hoạt động của chất xúc tác ở quy mô nguyên tử, và xác nhận rằng các chuỗi polyme dài dễ dàng di chuyển qua các lỗ của chất xúc tác theo cách tương tự như quá trình enzym hóa mà các nhà khoa học muốn mô phỏng.

Nghiên cứu này sẽ được mở rộng và tiếp tục dưới sự chỉ đạo của Viện Hợp tác tái chế nhựa (iCOUP), đứng đầu là Phòng thí nghiệm Ames.

Nguồn dịch và biên tập: https://www.ameslab.gov/news/a-first-of-its-kind-catalyst-mimics-natural-processes-to-break-down-plastic-and-produce

VPTC