Chemicy z Chin pokazali, jak spektroskopia NMR w stanie stałym może być używana do określania składu mieszanki tworzyw sztucznych i jak można wykorzystać uzyskane informacje 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 mieszanki 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 użyciu większość plastiku jest spalana lub trafia na wysypiska śmieci. Na przykład w 2022 roku ludzie poddali recyklingowi tylko dziesięć procent całego wyprodukowanego plastiku. Jednym z problemów w procesie recyklingu jest to, że często produkty gospodarstwa domowego zawierają mieszanki różnych polimerów, z których każdy musi zostać oddzielony i przetworzony. Dlatego chemicy poszukują skutecznych metod oddzielania mieszanek tworzyw sztucznych.
Jedną z takich metod przedstawili chemicy pod przewodnictwem Ma Dinga z Uniwersytetu Pekińskiego. Użyli oni dwuwymiarowej spektroskopii NMR w stanie stałym, aby określić skład próbki polimeru. Ta metoda pozwala analizować próbki stałe 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 stanie stałym, a następnie przystąpili do przetwarzania.
Przetwarzanie mieszanki obejmowało kilka etapów. Najpierw chemicy oddzielili PS za pomocą rozpuszczalników tetrahydrofuranu i heksanu 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 uzyskali węglan etylenu i bisfenol A, a z pozostałej mieszaniny PC i PVC - mieszaninę ciekłych dichloroalkanów i aromatycznej soli aminy.
Ponadto chemicy oddzielili PLA od stałej pozostałości zawierającej PLA, PET, PE i PP, stosując reakcję amonolizy, i przekształcili ją w alaninę. Następnie naukowcy zhydrolizowali PET w obecności alkaliów i uzyskali z niego kwasy tereftalowy i mlekowy. Następnie naukowcy poddali mieszaninę PE i PP pękaniu — w rezultacie powstała mieszanina alkanów.
W ten sposób chemicy wykazali, że za pomocą NMR w stanie 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 plastikiem o nieznanym składzie, zbieranym z różnych laboratoriów i w życiu codziennym.
Produkcja plastiku prowadzi do zanieczyszczenia środowiska jego mikrocząsteczkami. Na przykład wcześniej mówiliśmy o tym, jak mikroplastik został znaleziony na szczycie Everestu i w ludzkiej krwi. Przypuszczalnie mikroplastik ma negatywny wpływ na ludzki układ trawienny.
