Um catalisador recentemente desenvolvido para quebrar plásticos continua a avançar nos processos de reciclagem de plástico. Em 2020, uma equipe de pesquisadores liderada por cientistas do Laboratório Ames desenvolveu o primeiro catalisador inorgânico processivo para desconstruir plásticos poliolefínicos em moléculas que podem ser usadas para criar produtos mais valiosos. Agora, a equipe desenvolveu e validou uma estratégia para acelerar a transformação sem sacrificar produtos desejáveis.
O catalisador foi originalmente projetado por Wenyu Huang, um cientista do Ames Lab. Consiste em partículas de platina apoiadas em um núcleo sólido de sílica e circundadas por uma casca de sílica com poros uniformes que fornecem acesso a sítios catalíticos. A quantidade total de platina necessária é bastante pequena, o que é importante devido ao alto custo e oferta limitada da platina. Durante os experimentos de desconstrução, as longas cadeias de polímeros se enroscam nos poros e entram em contato com os sítios catalíticos, e então as cadeias são quebradas em pedaços menores que não são mais materiais plásticos (veja a imagem para mais detalhes).

Aaron Sadow, cientista do Ames Lab e diretor do Institute for Cooperative Upcycling of Plastics (iCOUP), explicou que a equipe criou três variações do catalisador. Cada variação tinha núcleos de tamanhos idênticos e cascas porosas, mas diferentes diâmetros de partículas de platina, de 1,7 a 2,9 a 5,0 nm.

A equipe levantou a hipótese de que as diferenças no tamanho das partículas de platina afetariam os comprimentos das cadeias de produtos, de modo que partículas grandes de platina fariam cadeias mais longas e pequenas, cadeias mais curtas. No entanto, o grupo descobriu que os comprimentos das cadeias de produtos eram do mesmo tamanho para todos os três catalisadores.

"Na literatura, a seletividade para as reações de clivagem da ligação carbono-carbono geralmente varia com o tamanho das nanopartículas de platina. Ao colocar a platina no fundo dos poros, vimos algo bastante único", disse Sadow.

Em vez disso, a taxa na qual as cadeias foram quebradas em moléculas menores foi diferente para os três catalisadores. As partículas maiores de platina reagiram com a longa cadeia polimérica mais lentamente, enquanto as menores reagiram mais rapidamente. Esta taxa aumentada pode resultar da maior porcentagem de sítios de platina de borda e canto nas superfícies das nanopartículas menores. Esses sítios são mais ativos na clivagem da cadeia polimérica do que a platina localizada nas faces das partículas.

Segundo Sadow, os resultados são importantes porque mostram que a atividade pode ser ajustada independentemente da seletividade nessas reações. "Agora, estamos confiantes de que podemos fazer um catalisador mais ativo que mastigaria o polímero ainda mais rápido, enquanto usamos parâmetros estruturais do catalisador para ajustar comprimentos específicos da cadeia de produtos", disse ele.

Huang explicou que esse tipo de reatividade molecular maior em catalisadores porosos em geral não é amplamente estudado. Portanto, a pesquisa é importante para entender a ciência fundamental e como ela funciona para reciclar plásticos.

"Nós realmente precisamos entender melhor o sistema porque ainda estamos aprendendo coisas novas todos os dias. Estamos explorando outros parâmetros que podemos ajustar para aumentar ainda mais a taxa de produção e mudar a distribuição do produto", disse Huang. "Portanto, há muitas coisas novas em nossa lista esperando para descobrirmos."

Esta pesquisa é discutida no artigo "Size-Controlled Nanoparticles Embedded in a Mesoporous Architecture Leading to Efficient and Selective Hydrogenólise of Polyolefins", publicado no Journal of the American Chemical Society . + Explorar mais

Um catalisador inédito imita os processos naturais para quebrar o plástico e produzir novos produtos valiosos