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E se il ciclo di vita della bottiglia di plastica fosse circolare? Dove una bottiglia di plastica usata è stata restituita ai suoi componenti originali, pronta per essere trasformata in una nuova bottiglia di plastica invece di finire in una discarica.
Un team di ricerca della Northwestern University è il primo a dimostrare che un materiale chiamato struttura metallo-organica (MOF) è un catalizzatore stabile e selettivo per scomporre la plastica a base di poliestere nelle sue parti componenti.
Servono solo tre cose:plastica, idrogeno e catalizzatore. Un vantaggio importante è che una delle parti componenti in cui viene scomposta la plastica è l'acido tereftalico, una sostanza chimica utilizzata per produrre plastica. Con il metodo Northwestern, non è necessario tornare indietro fino al petrolio e alla produzione e separazione degli xileni, costosa e ad alta intensità energetica.
"Possiamo fare molto meglio che ricominciare da zero quando produciamo bottiglie di plastica", ha affermato Omar Farha, professore di chimica al Weinberg College of Arts and Sciences. È l'autore corrispondente dello studio. "Il nostro processo è molto più pulito."
Il lavoro è stato pubblicato di recente sulla rivista Angewandte Chemie International Edition .
I ricercatori hanno scelto un MOF a base di zirconio chiamato UiO-66 perché è facile da realizzare, scalabile ed economico. Yufang Wu, il primo autore dello studio e uno studente laureato in visita nel gruppo di Farha, ha usato la plastica più utile:le bottiglie d'acqua di plastica che i suoi colleghi di laboratorio avevano scartato. Li ha tagliati a pezzi, ha riscaldato la plastica e ha applicato il catalizzatore.
"Il MOF ha funzionato anche meglio di quanto ci aspettassimo", ha detto Farha. "Abbiamo riscontrato che il catalizzatore è molto selettivo e robusto. Né il colore della bottiglia di plastica né la diversa plastica di cui sono stati realizzati i tappi delle bottiglie hanno influenzato l'efficienza del catalizzatore. E il metodo non richiede solventi organici, il che è un vantaggio ."
Cosa sono i MOF?
Una classe di materiali di dimensioni nanometriche, i MOF sono stati ampiamente studiati a causa delle loro strutture altamente ordinate. Farha ha studiato i MOF per più di un decennio e in precedenza ha dimostrato che possono essere utilizzati per distruggere gli agenti nervini tossici. Nel presente studio, ha affermato Farha, i MOF agiscono più o meno allo stesso modo:rompendo un legame estere per degradare il polietilene tereftalato (PET). Questa plastica è una delle plastiche di consumo più popolari in tutto il mondo.
"Usiamo da anni MOF allo zirconio per degradare gli agenti nervini", ha detto Farha. "Il team si è quindi chiesto se questi MOF potessero anche degradare la plastica anche se le reazioni e il meccanismo sono diversi. Questa curiosità ha portato alle nostre recenti scoperte".
"Questa ricerca aiuta ad affrontare le sfide di lunga data associate ai rifiuti di plastica e apre nuove aree e applicazioni per i MOF", ha affermato Farha.
Immaginate Tinkertoys
I MOF sono costituiti da molecole organiche e ioni metallici o cluster che si autoassemblano per formare strutture multidimensionali, altamente cristalline e porose. Per immaginare la struttura di un MOF, ha detto Farha, immagina un set di Tinkertoys in cui gli ioni metallici o i cluster sono i nodi circolari o quadrati e le molecole organiche sono le aste che tengono insieme i nodi.
Oltre ad essere facile da realizzare, scalabile ed economico, un altro vantaggio dell'UiO-66 è che il legante organico del MOF, l'acido tereftalico (TA), è ciò che si ottiene quando si rompe la plastica.
Studi di caratterizzazione strutturale hanno rivelato che durante il processo di degradazione, l'UiO-66 subisce un'interessante trasformazione in un altro MOF a base di zirconio chiamato MIL-140A. Questo MOF ha anche mostrato una grande attività catalitica verso la degradazione del PET.
Il titolo dell'articolo è "Degradazione catalitica del polietilene tereftalato utilizzando una struttura metallo-organica a base di zirconio di transizione di fase". + Esplora ulteriormente
