Российские ученые разработали новые катализаторы для переработки пластиковых отходов

Вопросы обращения с пластиковыми отходами одни из самых актуальных в современной науке и технологии. При этом сжигать или закапывать пластик неэффективно. При горении может возникнуть полезное тепло. Однако вместе с этим будут уничтожены органические составляющие, которые могли использоваться при реализации термокаталитических технологий (превращении полимерных отходов в жидкое топливо). Термокаталитические процессы одни из важнейших процессов, обеспечивающих глубокую переработку нефти.

Действительно, разложение пластика в присутствии определенных катализаторов без кислорода при умеренной температуре и давлении способно дать значительное количество газообразных и жидких продуктов. Они могут быть применены как исходное сырьё для синтеза химической продукции или моторного топлива.

Химики РУДН экспериментально выяснили, что использование ванадатов и ванадитов редкоземельных металлов в качестве катализаторов значительно увеличивает выход легких олефинов (речь идет об этилене и пропилене – основных составляющих пластика). Также с помощью них можно кардинально менять состав конечных продуктов, которые будет легче перерабатывать.

«Большинство пластмасс не поддаются биологическому разложению. Поэтому для переработки пластиковых отходов необходимо внедрять новые технологии, снижающие их негативное воздействие на окружающую среду. Один из вариантов полезного использования пластиковых отходов может быть достигнут за счет применения термокаталитических технологий. Мы активно занимаемся синтезом новых катализаторов на основе различных соединений редкоземельных металлов и вопросами их практического использования с целью увеличения эффективности переработки полимерных отходов в полезные химические продукты. Полученный нами результат свидетельствует о возможности реализации этой стратегии», — рассказал руководитель проекта, доктор химических наук Александр Чередниченко, заведующий кафедрой физической и коллоидной химии РУДН.

В эксперименте химики РУДН исследовали четыре типа наиболее известных пластиковых отходов: полиэтилен (ПЭ), полипропилен (ПП), полиэтилентерефталат (ПЭТ) и поливинилхлорид (ПВХ).

Эти полимерные материалы часто используются для изготовления продукции промышленного и бытового назначения. В ходе эксперимента предварительно измельченный пластик загружали в кварцевый реактор вместе с катализатором и нагревали в потоке азота, постепенно поднимая температуру с 25 °С до 750 °С. Образующиеся в ходе реакции продукты проанализировали и сравнили с аналогичными результатами для пиролиза без катализатора.

Оказалось, что применение ванадатов и ванадитов редкоземельных металлов меняет состав газовых отходов пиролиза. Например, без катализатора при пиролизе полиэтилена выделяется около 5% пропилена, а при термокаталитическом процессе — до 15%. Пиролиз ПЭТ без катализатора дает около 75% ацетальдегида. В присутствии определенных катализаторов состав конечных продуктов синтеза кардинально меняется и основным продуктом реакции становится синтез-газ (смесь водорода и монооксида углерода). Синтез-газ, в свою очередь, может быть использован для получения разнообразной химической продукции или водорода для энергетики. Таким образом, в ряду синтезированных катализаторов появляется возможность регулировать состав продуктов пиролиза различных пластиковых отходов.

«Результаты наших исследований с использованием ванадатов и ванадитов редкоземельных металлов дают возможность управлять термокаталитическими процессами переработки пластиковых отходов и получать важные химические продукты», — прокомментировала кандидат химических наук Екатерина Маркова, доцент кафедры физической и коллоидной химии РУДН.
Результаты исследования опубликованы в журнале Catalysis Today.