Chińscy chemicy zademonstrowali, jak spektroskopia NMR w ciele stałym może być wykorzystana do określenia składu mieszaniny tworzyw sztucznych i wykorzystania uzyskanych informacji do przekształcenia tworzywa sztucznego w proste związki organiczne. Naukowcy wyekstrahowali kwas benzoesowy, aminokwas alaninę, kwas mlekowy, bisfenol A, kwas tereftalowy i inne produkty z mieszaniny ośmiu różnych polimerów. Wyniki badania opublikowano w czasopiśmie „Nature”.
Każdego roku przemysł chemiczny produkuje około 400 milionów ton polimerów wykorzystywanych w życiu codziennym i przemyśle. Po zużyciu większość tworzyw sztucznych jest spalana lub trafia na wysypiska śmieci. Przykładowo, w 2022 roku zaledwie dziesięć procent wyprodukowanego plastiku zostało poddane recyklingowi. Jednym z wyzwań w recyklingu jest to, że produkty gospodarstwa domowego często zawierają mieszanki różnych polimerów, z których każdy musi zostać oddzielony i poddany recyklingowi. Dlatego chemicy poszukują skutecznych metod oddzielania mieszanych tworzyw sztucznych.
Jedną z takich metod zaprezentowali chemicy pod kierownictwem Ma Dinga z Uniwersytetu Pekińskiego. Wykorzystali oni dwuwymiarową spektroskopię NMR w ciele stałym do określenia składu próbki polimeru. Metoda ta pozwala na analizę próbek stałych pod kątem obecności grup funkcyjnych unikalnych dla każdego polimeru.
Naukowcy przetestowali swoje podejście na mieszance polistyrenu (PS), polimleczanu (PLA), poliuretanu (PU), poliwęglanu (PC), polichlorku winylu (PVC), politereftalanu etylenu (PET), polietylenu (PE) i polipropylenu (PP), którą sami przygotowali z czystych polimerów. Najpierw potwierdzili skład mieszanki za pomocą NMR w fazie stałej, a następnie rozpoczęli jej przetwarzanie.
Przetwarzanie mieszaniny obejmowało kilka etapów. Najpierw, używając rozpuszczalników tetrahydrofuranu i heksanu, chemicy oddzielili PS i przekształcili go w kwas benzoesowy. Następnie, używając czystego tetrahydrofuranu, wyekstrahowali z mieszaniny PU, PC i PVC. Za pomocą glikolizy naukowcy uzyskali węglan etylenu i bisfenol A z PC, a z pozostałej mieszaniny PC i PVC uzyskali mieszaninę ciekłych dichloroalkanów i aromatycznej soli aminowej.
Następnie chemicy oddzielili PLA od stałej pozostałości zawierającej PLA, PET, PE i PP za pomocą reakcji amonolizy i przekształcili ją w alaninę. Następnie naukowcy zhydrolizowali PET w obecności alkaliów, wytwarzając kwas tereftalowy i mlekowy. Następnie badacze rozbili mieszaninę PE i PP, uzyskując mieszaninę alkanów.
Chemicy wykazali zatem, że za pomocą NMR w ciele stałym, kilku rozpuszczalników i sprawdzonych metod przetwarzania, mieszaninę ośmiu polimerów można przekształcić w proste związki organiczne. Wykazali również, że ich metoda określania składu i przetwarzania pozwala na obróbkę tworzyw sztucznych o nieznanym składzie, zebranych z różnych laboratoriów i gospodarstw domowych.
Produkcja plastiku prowadzi do zanieczyszczenia środowiska mikroplastikiem. Na przykład, informowaliśmy już wcześniej o wykryciu mikroplastiku na szczycie Mount Everestu oraz w ludzkiej krwi. Podejrzewa się, że mikroplastik negatywnie wpływa na ludzki układ pokarmowy.
