I ricercatori dell'Università dell'Illinois stanno contribuendo allo sviluppo di catalizzatori più rispettosi dell'ambiente per la produzione di plastica e precursori di resina che sono spesso derivati ​​da combustibili fossili. La chiave della loro tecnica deriva dal riconoscimento delle proprietà fisiche e chimiche uniche di alcuni metalli e dal modo in cui reagiscono con il perossido di idrogeno.

Molte materie plastiche sono costituite da molecole chiamate olefine derivate da materiali organici come i combustibili fossili. Per formare questi tipi di plastica, le molecole di olefina devono essere alterate utilizzando sostanze chimiche ossidanti per produrre precursori di plastica e resina, chiamati monomeri, riorganizzando i loro legami chimici in modo che possano raggiungere e aggrapparsi ad altri monomeri. Ciò consente loro di ricucirsi in lunghe catene molecolari - i mattoni della plastica, disse David Flaherty, professore di ingegneria chimica e biomedica.

"Gli attuali metodi utilizzati per trasformare le molecole di olefina in qualcosa di utile utilizzano o producono anche cose che non vogliamo, come il cloro, che può essere corrosivo, e CO2, " disse Daniele Bregante, uno studente laureato in ingegneria chimica e biomedica che lavora con Flaherty, e coautore di una relazione sul nuovo metodo.

L'anidride carbonica è spesso considerata un prodotto di scarto della combustione di combustibili fossili. Però, Flaherty ha affermato che una quantità significativa di CO2 si forma dalla produzione di plastica derivata da combustibili fossili.

Molti processi produttivi utilizzano perossido organico pericoloso per l'ambiente o ossidanti clorurati, ha detto Bregante. Insieme, queste preoccupazioni hanno spinto i ricercatori a esplorare opzioni più ecologiche per la produzione di materie plastiche.

In un articolo pubblicato su Giornale della Società Chimica Americana , il gruppo esamina come e perché l'identità di alcuni metalli, chiamati metalli di transizione, influenzare la reazione. Hanno anche studiato l'efficienza del processo quando si utilizza il perossido di idrogeno, un ossidante ecologico il cui unico prodotto di scarto è l'acqua, non cloro o CO2.

Per formare i monomeri critici, olefine e ossidanti passano attraverso minuscoli, strutture rigide spugnose chiamate zeoliti. Queste zeoliti contengono ioni metallici negli spazi dei pori che fungono da catalizzatori per spingere la reazione chimica verso il percorso di produzione della plastica, ha detto Bregante.

"Questo processo è stato utilizzato per decenni, " disse Flaherty. "Eppure, le ragioni alla base di come gli atomi di metallo attivano il perossido di idrogeno e perché alcuni metalli sono migliori di altri per questa chimica non sono state completamente comprese".

Il gruppo di Flaherty ha affermato che la loro reazione può seguire due percorsi:uno che porta alla formazione di monomeri e uno che porta alla decomposizione dispendiosa del perossido di idrogeno. Hanno dimostrato nella loro ultima ricerca che i due percorsi risponderanno in modo diverso a seconda del metallo utilizzato, e il prossimo passo sarà vedere come l'alterazione della dimensione dei pori delle zeoliti influenzerà le reazioni.

Sbloccando più misteri di questa reazione, Flaherty e Bregante hanno affermato che la loro ricerca potrebbe in definitiva portare a una più ampia adozione da parte dell'industria di questa versione ottimizzata e rispettosa dell'ambiente di un processo molto più antico.

"Dobbiamo sapere non solo che funziona, ma anche come funziona per convincere l'industria a fare il passaggio, " ha detto Flaherty. "Gli impianti utilizzati per produrre plastica stanno iniziando a raggiungere la fine della loro vita utile, e una nuova infrastruttura industriale basata su questo metodo rivisto potrebbe essere un nuovo inizio".