22.10.2020 - Ames Laboratory

Un catalizador primero en su tipo imita los procesos naturales para descomponer los plásticos

El nuevo catalizador es capaz de procesar polímeros ampliamente utilizados en cosas como bolsas de plástico de comestibles, jarras de leche, botellas de champú, juguetes y contenedores de alimentos.

Aunque el reciclaje de plásticos no es una ciencia nueva, los procesos actuales no hacen que valga la pena económicamente... los plásticos de desecho se "bajan" a un material de menor grado y menos útil. Es un desafío que sigue siendo un obstáculo para hacer frente a una creciente crisis de contaminación mundial en los plásticos de un solo uso.

Un equipo multi-institucional de científicos dirigido por el Laboratorio Ames del Departamento de Energía de los Estados Unidos ha desarrollado un catalizador único en su tipo, capaz de procesar plásticos de poliolefina como el polietileno y el polipropileno, tipos de polímeros ampliamente utilizados en cosas como las bolsas de plástico de los supermercados, las jarras de leche, las botellas de champú, los juguetes y los contenedores de comida. El proceso da como resultado componentes uniformes y de alta calidad que pueden utilizarse para producir combustibles, disolventes y aceites lubricantes, productos que tienen un alto valor y que podrían convertir estos y otros plásticos usados en un recurso sin explotar.

"Hemos dado un gran paso adelante con este trabajo", dijo Aaron Sadow, un científico del Laboratorio Ames y el Director del Instituto para el Reciclaje Cooperativo de Plásticos (iCOUP). "Tenemos la hipótesis de que podríamos tomar prestado de la naturaleza, e imitar los procesos por los cuales las enzimas rompen precisamente las macromoléculas como las proteínas y la celulosa. Tuvimos éxito en eso, y estamos entusiasmados de seguir optimizando y desarrollando este proceso."

Este proceso único se basa en la tecnología de las nanopartículas. El científico del Laboratorio Ames Wenyu Huang diseñó una nanopartícula de sílice mesoporosa que consiste en un núcleo de platino con sitios activos catalíticos, rodeados por largos poros de sílice, o canales, a través de los cuales las largas cadenas de polímeros se enlazan al catalizador. Con este diseño, el catalizador es capaz de retener y partir las cadenas de polímeros más largas en piezas más cortas y uniformes que tienen el mayor potencial para ser recicladas en nuevos productos finales más útiles.

"Este tipo de proceso de catálisis controlada nunca antes había sido diseñado en base a materiales inorgánicos", Huang, que se especializa en el diseño de nanocatalizadores estructuralmente bien definidos. "Fuimos capaces de demostrar que el proceso catalítico es capaz de realizar múltiples pasos de deconstrucción idénticos en la misma molécula antes de liberarla".

Las mediciones del experto en RMN de estado sólido del Laboratorio Ames, Fred Perras, permitieron al equipo examinar la actividad del catalizador a escala atómica, y confirmaron que las largas cadenas de polímeros se movían fácilmente a través de los poros del catalizador de manera similar a los procesos enzimáticos que los científicos pretendían emular.

Esta investigación se ampliará y continuará bajo la dirección del Instituto para el Reciclaje Cooperativo de Plásticos (iCOUP), dirigido por el Laboratorio Ames. iCOUP es un Centro de Investigación de la Frontera de la Energía formado por científicos del Laboratorio Ames, el Laboratorio Nacional Argonne, la Universidad de California en Santa Bárbara, la Universidad de Carolina del Sur, la Universidad de Cornell, la Universidad Northwestern y la Universidad de Illinois Urbana-Champaign.

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