Накопление пластиковых отходов в мире представляет серьёзную угрозу для дикой природы и экосистем. Катализаторные процессы, которые превращают пластиковые отходы в ценные химические вещества и топливо, предлагают перспективное решение. Однако реальные смеси пластиковых отходов имеют весьма разнообразный состав и структурную сложность, и точная идентификация компонентов в смесях является необходимым условием для их эффективного разделения и переработки.
В исследовании, опубликованном в Nature, профессор Сюй Шутао из Даляньского института химической физики (DICP) Китайской академии наук в сотрудничестве с командой профессоров Ван Мэн и Ма Дин из Пекинского университета разработали технологию твердотельного ядерного магнитного резонанса (ЯМР) для характеристики процессов разделения и переработки реальных смесей пластиковых отходов.
Твердотельный ЯМР имеет преимущество прямого анализа нерастворимых образцов, что делает его мощным инструментом для изучения сложных полимерных систем. В этом исследовании учёные использовали инновационный метод твердотельного ЯМР: 1H-13C Frequency Switched Lee Goldburg Heteronuclear Correlation (FSLG-HETCOR) ЯМР.
Оптимизируя ключевые параметры, такие как скорость вращения, время контакта и напряжённость поля гомоядерного декогерентирования, и используя 13C-меченый тирозин гидрохлорид в качестве эталона, исследователи получили спектры «отпечатков пальцев» высокого разрешения отдельных компонентов пластика из восьмикомпонентной смеси, содержащей полистирол (ПС), полилактид (ПЛА), полиуретан (ПУ), поликарбонат (ПК), поливинилхлорид (ПВХ), полиэтилентерефталат (ПЭТ), полиэтилен (ПЭ) и полипропилен (ПП).
Спектры, полученные с помощью нового метода твердотельного ЯМР, достигли высокой интенсивности сигнала и хорошего разрешения в косвенном измерении, что позволило точно идентифицировать различные функциональные группы в пластиковой смеси и отслеживать их химическую эволюцию в режиме реального времени.
Кроме того, исследователи продемонстрировали осуществимость, эффективность и универсальность этого метода, отслеживая полное каталитическое разделение и преобразование реальных смесей пластиковых отходов. Анализ на основе ЯМР позволил отобразить каждый шаг в процессе преобразования — от сложных смесей до множества ценных химических продуктов.
«Твердотельный ЯМР обеспечивает способ идентификации отдельных компонентов в смесях пластиковых отходов. Он выступает в качестве «направляющего глаза» для процессов разделения и каталитического преобразования», — сказал профессор Сюй.
Идентифицируя характерные сигналы функциональных групп в смесях пластиковых отходов, это исследование закладывает прочную основу для эффективного разделения и преобразования. Оно также прокладывает путь для интеграции существующих процессов преобразования в единую систему, обеспечивая техническую поддержку для масштабируемых промышленных решений проблемы пластикового загрязнения.
Предоставлено Китайской академией наук.