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科学家利用阳光将塑料转化为有用的化学物质

新加坡南洋理工大学(NTU新加坡)的化学家发现了一种可以通过利用阳光将塑料废料转变成有价值的化学品的方法。

在实验室实验中,研究小组将塑料与催化剂混合在溶剂中,从而使溶液能够利用光能并将溶解的塑料转化为甲酸(一种用于燃料电池中的化学物质)。

由南洋理工大学物理与数学科学学院助理教授Soo Han Sen带领的团队报告了他们在高级科学领域的工作,他们的催化剂是由价格实惠的生物相容性金属钒制成的,钒通常用于车辆的钢合金和飞机的铝合金中。

当钒基催化剂溶解在含有不可生物降解的消费类塑料(如聚乙烯)的溶液中并暴露在人造阳光下时,它会在六天内破坏塑料内的碳-碳键。

此过程将聚乙烯转变为甲酸,这是一种天然存在的防腐剂和抗菌剂,也可用于发电厂和氢燃料电池车辆的能源生产。

Soo助理教授说:“我们旨在开发可持续且具有成本效益的方法,以利用阳光来制造燃料和其他化学产品。” “这种新的化学处理方法是首次报道的方法,该方法可以使用可见光和不含重金属的催化剂完全分解不可生物降解的塑料,例如聚乙烯。”

在新加坡,大多数塑料废料都被焚化,产生二氧化碳等温室气体,而剩余的大量燃烧的灰烬则被运送到Semakau垃圾填埋场,据估计,到2035年,该垃圾填埋场将耗尽空间。

开发创新的零废物解决方案,例如将废物转化为资源的环保催化剂,是NTU智能校园愿景的一部分,旨在发展可持续的未来。

利用来自太阳的能量转换化学物质

钒基催化剂由有机基团支撑,通常缩写为LV(O),它利用光能驱动化学反应,因此被称为光催化剂。

光催化剂使化学反应能够由阳光驱动,这与工业中大多数需要热量的反应不同,该反应通常是通过燃烧化石燃料而产生的。

图片来源:南洋理工大学

新型光催化剂的其他优点是低成本,丰富且环保,这与由昂贵或有毒金属(如铂,钯或钌)制成的普通催化剂不同。

尽管科学家们尝试了其他方法将废塑料转变为有用的化学物质,但许多方法涉及不良试剂或过多步骤以致无法扩大规模。

一个例子是一种称为光重整的方法,该方法将塑料与水和日光混合以产生氢气,但这需要使用含有镉(一种有毒的重金属)的催化剂。其他方法要求塑料使用刺激性强的化学溶液处理。

大多数塑料是不可生物降解的,因为它们包含称为碳-碳键的极度惰性的化学键,如果不施加高温,这些化学键不易分解。

NTU研究团队开发的新型钒基光催化剂是专门设计来打破这些键的,其方法是将其锁定在附近的一个称为醇基的化学基团上,并利用阳光吸收的能量像拉链一样解开分子。

当在实验室规模进行实验时,首先将塑料样品通过在溶剂中加热至85摄氏度来溶解,然后溶解粉末状催化剂。然后将该溶液暴露在人造阳光下几天。研究小组使用这种方法表明,他们的光催化剂能够分解30多种不同化合物中的碳-碳键,结果证明了一种环保,低成本的光催化剂的概念。

该研究小组正在寻求改进工艺的方法,以使塑料分解以生产其他有用的化学燃料,例如氢气。

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