Химики из Китая показали, как с помощью твердотельной ЯМР-спектроскопии можно определить состав смеси пластиков, а полученную информацию использовать для переработки пластика в простые органические вещества. В частности, из смеси восьми разных полимеров ученые получили бензойную кислоту, аминокислоту аланин, молочную кислоту, бисфенол А, терефталевую кислоту и другие продукты. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.
Каждый год химическая промышленность производит около 400 миллионов тонн полимеров, которые люди используют в быту и промышленности. После использования большая часть пластика сжигается или отправляется на свалки. Например, в 2022 году люди переработали только десять процентов от всего произведенного пластика. Одна из проблем в процессе переработки заключается в том, что часто бытовые изделия содержат смеси разных полимеров, каждый из которых нужно отделить и переработать. Поэтому химики ищут эффективные методы разделения смесей пластиков.
Один такой метод представили химики под руководством Ма Дина (Ma Ding) из Пекинского университета. Они использовали двумерную твердотельную ЯМР-спектроскопию, чтобы определить состав полимерного образца. Этот метод позволяет анализировать твердые образцы на наличие уникальных для каждого полимера функциональных групп.
Ученые протестировали свой подход на смеси из полистирола (PS), полилактата (PLA), полиуретана (PU), поликарбоната (PC), поливинилхлорида (PVC), полиэтилентерефталата (PET), полиэтилена (PE) и полипропилена (PP), которую они сами приготовили из чистых полимеров. Сначала они подтвердили состав смеси с помощью твердотельного ЯМР, а затем приступили к переработке.
Переработка смеси включала несколько шагов. В начале с помощью растворителей тетрагидрофурана и гексана химики отделили PS и превратили его в бензойную кислоту. Далее, с помощью чистого тетрагидрофурана они экстрагировали из смеси PU, PC и PVC. Из PC при помощи гликолиза ученые получили этиленкарбонат и бисфенол А, а из оставшейся смеси PC и PVC — смесь жидких дихлоралканов и соль ароматического амина.
Далее, из твердого остатка, содержащего PLA, PET, PE и PP химики отделили PLA с помощью реакции аммонолиза и превратили его в аланин. Затем ученые гидролизовали PET в присутствии щелочи и получили из него терефталевую и молочную кислоты. А смесь PE и PP исследователи подвергли крекингу — в результате образовалась смесь алканов.
Так химики показали, что с помощью твердотельного ЯМР, нескольких растворителей и уже известных методов переработки можно превратить смесь из восьми полимеров в простые органические вещества. Они также показали, что их метод определения состава и переработки справляется с пластиком неизвестного состава, собранным из разных лабораторий и в быту.
Производство пластика приводит к загрязнению окружающей среды его микрочастицами. Например, ранее мы рассказывали о том, как микропластик нашли на вершине Эвереста и в человеческой крови. Предположительно, микропластик негативно влияет на пищеварительную систему человека.