Onderzoekers hebben een manier ontwikkeld om met behulp van lasers moleculen van plastic en andere materialen tot de kleinste deeltjes te reduceren, zodat ze in de toekomst opnieuw kunnen worden gebruikt. Dat hebben ze vandaag bekendgemaakt.
Bij deze methode worden deze materialen op tweedimensionale materialen, zogenaamde overgangsmetaaldichalcogeniden, geplaatst en vervolgens met licht bestraald.
De ontdekking heeft het potentieel om de manier waarop we momenteel omgaan met moeilijk afbreekbaar plastic te verbeteren. De bevindingen zijn gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications.
"Door deze unieke reacties te benutten, kunnen we nieuwe paden verkennen om milieuverontreinigende stoffen om te zetten in waardevolle herbruikbare chemicaliën, en zo de ontwikkeling van een duurzamere en circulaire economie stimuleren," aldus Yuebing Zheng, hoogleraar aan de Walker Department of Mechanical Engineering aan de Cockrell School of Engineering aan de University of Texas in Austin en een van de projectleiders. "Deze ontdekking heeft belangrijke implicaties voor het aanpakken van milieu-uitdagingen en het bevorderen van het veld van groene chemie."
Plasticvervuiling is een wereldwijde milieucrisis geworden, met miljoenen tonnen plastic afval die zich elk jaar ophopen op stortplaatsen en in oceanen. Traditionele methoden om plastic af te breken zijn vaak energie-intensief, schadelijk voor het milieu en ineffectief. De onderzoekers voorzien dat ze deze nieuwe ontdekking kunnen gebruiken om efficiënte plasticrecyclingtechnologieën te ontwikkelen om vervuiling te verminderen.
De onderzoekers gebruikten licht met een laag vermogen om de chemische bindingen van het plastic te verbreken en nieuwe te creëren, waardoor het materiaal werd omgezet in lichtgevende koolstofstippen. Deze koolstofstippen zijn erg gewild vanwege de veelzijdigheid van koolstofgebaseerde nanomaterialen en kunnen mogelijk worden gebruikt als geheugenapparaten in de volgende generatie computerapparaten.
"Het is spannend om kunststoffen die nooit afbreken, om te zetten in materialen die bruikbaar zijn voor veel verschillende industrieën", aldus Jingang Li, een postdoctoraal student aan de UC Berkeley die dit onderzoek begon aan de UT Austin.
De specifieke reactie waar hij naar verwees, wordt "CH-activering" genoemd, waarbij koolstof-waterstofbindingen in organische moleculen selectief worden verbroken en worden getransformeerd in nieuwe chemische bindingen. In deze studie katalyseerde het 2D-materiaal de reactie, waarbij waterstofmoleculen in gas werden omgezet, waardoor koolstofmoleculen zich aan elkaar konden binden om koolstofstippen te vormen die informatie opslaan.
Er is meer onderzoek en ontwikkeling nodig om dit lichtgestuurde CH-activatieproces te optimaliseren en op te schalen voor industriële toepassingen. Dit onderzoek vertegenwoordigt echter een belangrijke vooruitgang in de zoektocht naar duurzame oplossingen voor het beheer van plastic afval.
Het in deze studie gedemonstreerde lichtgestuurde CH-activeringsproces kan worden toegepast op veel organische verbindingen met lange ketens, waaronder polyethyleen en oppervlakteactieve stoffen die veel worden gebruikt in nanomateriaalsystemen.
Andere coauteurs zijn afkomstig van de Universiteit van Texas in Austin, de Tohoku Universiteit in Japan, de Universiteit van Californië in Berkeley, het Lawrence Berkeley National Laboratory, de Baylor Universiteit en de Pennsylvania State Universiteit.
Het werk werd ondersteund door subsidies van de National Institutes of Health, de National Science Foundation, de Japan Society for the Promotion of Science, de Hirose Foundation en de National Natural Science Foundation of China.
