Chemicy z Chin zaprezentowali, jak spektroskopia NMR w ciele stałym może być wykorzystana do określenia składu mieszaniny tworzyw sztucznych i wykorzystania uzyskanych informacji do przetwarzania tworzyw sztucznych na proste substancje organiczne. W szczególności naukowcy uzyskali kwas benzoesowy, aminokwas alaninę, kwas mlekowy, bisfenol A, kwas tereftalowy i inne produkty z mieszaniny ośmiu różnych polimerów. Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie Nature.
Każdego roku przemysł chemiczny produkuje około 400 milionów ton polimerów, których ludzie używają w życiu codziennym i przemyśle. Po zużyciu większość plastiku jest spalana lub trafia na wysypiska. Na przykład, w 2022 roku recyklingowi poddawano zaledwie dziesięć procent całego wyprodukowanego plastiku. Jednym z problemów w procesie recyklingu jest to, że produkty gospodarstwa domowego często zawierają mieszaniny różnych polimerów, z których każdy musi zostać oddzielony i przetworzony. Dlatego chemicy poszukują skutecznych metod separacji mieszanin 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 przystąpili do przetwarzania.
Przetwarzanie mieszaniny obejmowało kilka etapów. Najpierw, za pomocą rozpuszczalników tetrahydrofuranowych i heksanowych, chemicy oddzielili PS i przekształcili go w kwas benzoesowy. Następnie, za pomocą czystego tetrahydrofuranu, wyekstrahowano je z mieszaniny PU, PC i PVC. Z PC, za pomocą glikolizy, naukowcy otrzymali węglan etylenu i bisfenol A, a z pozostałej mieszaniny PC i PVC – mieszaninę ciekłych dichloroalkanów i aromatycznej soli aminowej.
Następnie, z pozostałości stałej zawierającej PLA, PET, PE i PP, chemicy oddzielili PLA za pomocą reakcji amonolizy i przekształcili go w alaninę. Następnie naukowcy zhydrolizowali PET w obecności alkaliów, uzyskując z niego kwas tereftalowy i mlekowy. Następnie naukowcy poddali mieszaninę PE i PP krakingowi – w rezultacie powstała mieszanina alkanów.
Chemicy wykazali zatem, że za pomocą NMR w ciele stałym, kilku rozpuszczalników i znanych już metod przetwarzania możliwe jest przekształcenie mieszaniny ośmiu polimerów w proste substancje organiczne. Wykazali również, że ich metoda określania składu i przetwarzania radzi sobie z tworzywami sztucznymi o nieznanym składzie, pochodzącymi z różnych laboratoriów i występującymi w życiu codziennym.
Produkcja plastiku prowadzi do zanieczyszczenia środowiska jego mikrocząsteczkami. Na przykład, wcześniej mówiliśmy o tym, jak mikroplastik został znaleziony na szczycie Mount Everestu i w ludzkiej krwi. Przypuszczalnie mikroplastik ma negatywny wpływ na ludzki układ pokarmowy.
