Naukowcy z Trinity College Dublin i University of Manchester poczynili postępy w poprawie sposobu, w jaki recyklingowa tereftalan z polietylenu, rodzaj plastiku najczęściej występującego w butelkach napojów i pojemnikach na żywność. Badanie, prowadzone przez dr Cristinę Trujillo i profesor Stephen Connon, zostały opublikowane w czasopiśmie RSC Sustainability. Praca zespołu koncentruje się na stosowaniu ekologicznych soli płynnych opartych na cholinium do procesu znanego jako glikoliza, który rozkłada tworzywa sztuczne na ich podstawowe elementy, aby można je było ponownie wykorzystać.
Znastanie plastikowe są rosnącym problemem, a tereftalan polietylenowy, kluczowy materiał w wielu codziennych produktach, jest głównym czynnikiem przyczyniającym się. Niestety, znacznej części tego plastiku nie można skutecznie poddać recyklingowi za pomocą standardowych metod mechanicznych z powodu zanieczyszczenia lub zużycia z powtarzającego się zastosowania. Kiedy plastik jest poddawany recyklingowi w ten sposób, często prowadzi do produktów niższej jakości. Z drugiej strony glikoliza oferuje sposób recyklingu plastiku z powrotem do materiału wysokiej jakości, prawie jak nowy. Dr Trujillo podkreślił: „Coraz większe zainteresowanie stosowaniem ciekłych katalizatorów soli na bazie cholinu w celu recyklingu tereftalanu polietylenowego poprzez glikolizę”. Ich celem było znalezienie bardziej wydajnych i bezpiecznych środowiskowych sposobów na to.
Ich badania obejmowały zarówno symulacje komputerowe, jak i eksperymenty laboratoryjne, aby lepiej zrozumieć, w jaki sposób cholinium, kluczowa część wielu soli płynnych, pomaga rozbić tworzywa sztuczne. Poprzednie badania sugerują, że cholin odegrał ważną rolę w reakcji chemicznej, pomagając ustabilizować niektóre części procesu. Jednak te nowe badania wykazały, że inne czynniki, takie jak rozpuszczalnik glikolu etylenowego, są w rzeczywistości ważniejsze niż wcześniej sądzono. „Nasze ustalenia pokazują, że chociaż płynne sole na bazie cholinu mają potencjał jako katalizatory chemicznego recyklingu tworzyw sztucznych, rola samego kationu cholinu mogła zostać przesadzona”, wyjaśnił profesor Connon.
Dzięki różnorodnym testom naukowcy porównali różne katalizatory soli płynnej, w tym nowe wersje, które nie obejmowały cholinu. Niektóre z tych alternatywnych katalizatorów działały jeszcze lepiej, przy użyciu mniej materiału przy jednoczesnym osiągnięciu wyższych wyników. Jeden konkretny typ, wykorzystujący katalizator na bazie fosfonium, wyróżniał się jego wydajnością. Dane wykazały, że te alternatywne katalizatory znacznie przewyższały te oparte na cholinu. Odkrycia te są kluczowe, ponieważ pokazują, że istnieją bardziej skuteczne i zrównoważone sposoby recyklingu tworzyw sztucznych.
Odwołanie Cholinium polega na tym, że jest biodegradowalny, co oznacza, że rozkłada się naturalnie i jest mniej szkodliwy dla środowiska. Jednak prawie równa wydajność alternatywnych katalizatorów sugeruje, że prawdziwa przewaga Cholinium może dotyczyć bardziej jego korzyści środowiskowych niż zdolności do pomocy w procesie recyklingu. Dr Cristina Trujillo zauważyła: „To otwiera drzwi do przyszłych badań w celu zbadania biodegradowalnych katalizatorów bez cholinu, oferując bardziej wydajny proces recyklingu, a jednocześnie jest przyjazny dla środowiska”.
Badanie to ma szersze znaczenie poza recyklingiem plastikowych butelek. Podkreśla potrzebę ponownej wizyty powszechnie akceptowanych pomysłów w chemii, szczególnie przy opracowywaniu bardziej zielonych technologii. Zespół planuje nadal patrzeć na to, jak różne rozpuszczalniki i katalizatory wpływają na proces recyklingu, mając na celu uczynienie go jeszcze bardziej przyjaznym dla środowiska. Te ciągłe wysiłki mogą prowadzić do lepszych, bardziej zrównoważonych metod zarządzania odpadami z tworzyw sztucznych i pomocy w osiągnięciu globalnych celów środowiskowych.
Podsumowując, badanie stanowi znaczący krok naprzód w poszukiwaniu bardziej ekologicznych metod recyklingu. Podważa ideę, że cholin jest niezbędny do procesu recyklingu, pokazując, że inne katalizatory soli płynnej mogą działać jeszcze lepiej. Jednak, niezależnie od tego, czy oparte na cholinu, ciągły rozwój tych katalizatorów jest bardzo obiecujący rozwiązanie problemu rosnącego problemu z odpadami z tworzywa sztucznego.
Referencje dziennika
Bura D., Pedrini L., Trujillo C., Connon SJ „Jonowe ciekłe katalizatory na bazie cholinu do glikolizy tereftalanowej polietylenowej: zrozumienie roli rozpuszczalnika i ponownej oceny wkładu kationów”. RSC Sustainability, 2023. DOI: https://doi.org/10.1039/d3su00336a
O autorach
Dr Cristina Trujillo uzyskała doktorat w chemii teoretycznej i obliczeniowej w 2008 r. Na Universidad Auónoma de Madryt (Hiszpania). W latach 2008-2016 zajmowała kilka stanowisk doktorantowych w Hiszpanii (CSIC), Praga (Academy of Sciences) i Irlandii (Trinity College Dublin). W latach 2016–2018 pracowała w TCD jako członek badawczy. Następnie pracowała jako asystent wykładowcy w Tu-Dublin w School of Chemical & Pharmaceutical Sciences. Otrzymała bardzo konkurencyjną grant badawczy SFI-Starting Research (Sirg, 2018) i L’Oreal-Unesco Women in Science UK i Ireland Fellowship-Fellowship-Wysoko Cieszą się (2019). Pracowała jako niezależny badacz prowadzący własną grupę badawczą w TCD w latach 2019–2022. Obecnie jest wykładowcą chemii obliczeniowej i teoretycznej na University of Manchester.
Ma wiedzę specjalistyczną na temat wysoce fundamentalnych tematów w obliczeniowej chemii organicznej, takiej jak kataliza asymetryczna, projekt katalizy pod przewodnictwem obliczeniowo, mechanizmy reakcji i interakcje nieczelnacyjne. Jej zainteresowania badawcze koncentrują się na asymetrycznym polu katalizy, ze szczególnym naciskiem na zastosowanie technik obliczeniowych w projektowaniu organizacji wraz z przewidywaniem i kontrolą procesów katalitycznych, z bezpośrednim wpływem na rozwój produktów o różnych zastosowaniach.
Diana Bura jest doktorantem trzeciego roku pod nadzorem dr Cristiny Trujillo w Trinity Biomedical Sciences Institute, Trinity College Dublin, Irlandia. Jej podróż badawcza rozpoczęła się podczas ostatniego roku studiów licencjackich w Trinity College Dublin, gdzie przeprowadziła teoretyczne badanie katalizatorów transferu fazowego dla asymetrycznej cyjanowania koniugatu N-acylpirroles w grupie Trujillo. Obecnie jej doktorat koncentruje się na stosowaniu teorii funkcjonalnej gęstości (DFT) do przeprowadzenia badań mechanistycznych w różnych pól chemicznych, w tym w depolimeryzacji PET, organokatalizy i elektroorganokatalizy. Jej główne zainteresowanie badawcze polega na wykorzystaniu narzędzi obliczeniowych w celu zwiększenia wydajności i zrównoważonego rozwoju badań chemicznych.
Lorenzo Pedrini ukończył magister Stopień w dziedzinie chemii i technologii farmaceutycznej na University of Genova we Włoszech, koncentrując swój ostatni projekt na syntezie pochodnych imidazo-pirazolowych pod kierunkiem prof. Chiary Brullo. Później przeprowadził się do Dublina i obecnie kończy doktorat. Pod nadzorem prof. Stephena Connona w Trinity Biomedical Science Institute, Trinity College Dublin, Irlandia. Jego praca koncentruje się na rozwoju nowych biodegradowalnych katalizatorów jonowych przydatnych do recyklingu tworzyw sztucznych. Ma doświadczenie w depolimeryzacji PET, syntezie organicznej, metatezji jonowej, cieczy jonowych i technik spektroskopowych.
