金属トリックでポリエチレンプラスチックをより良くリサイクル

2022 年 10 月 3 日

エレン・フィディアンは、コスモスの科学ジャーナリストです。 彼女はオーストラリア国立大学で化学と科学コミュニケーションの学士号 (優等学位) と科学コミュニケーションの修士号を取得しています。

ポリエチレンは、世界で最も一般的な種類のプラスチックの 1 つです。

作るのは簡単ですが、再び分解するのは非常に難しく、再利用やリサイクルが困難になります。

しかし、米国の化学者チームは、ポリエチレンを構成部品に戻す新しい方法を発見しました。これは、いつか完全に循環させる可能性のある発見です。

「リサイクルされる限り、多くのポリエチレンプラスチックは低品質の材料になってしまいます。 ビニール袋を取り出して、それから同じ特性を持つ別のビニール袋を作ることはできません」とカリフォルニア大学バークレー校の有機金属化学者であるジョン・ハートウィッグ教授は言います。

ハートウィッグ氏は、サイエンス誌に掲載された論文の上級著者であり、ポリエチレンの長い分子鎖（ポリマー）がどのようにして、さまざまなものの有用な原料であるプロピレン（プロペンとも呼ばれる）に分解されるかを説明しています。

「そのポリマー袋をモノマーに戻し、小さな断片に分解して再重合できれば、地面からより多くの炭素を引き出す代わりに、それを炭素源として他のもの、たとえばポリプロピレンを作ることができます。」 」とハートウィッグ氏は言う。

「その目的、またはプロペンの他の用途、いわゆるプロピレンギャップを埋めるために、シェールガスの使用を減らすでしょう。」

ポリエチレンは、炭素原子が長い鎖で結合し、水素原子が側方に分岐してできています。

炭素原子間の結合、つまり炭素-炭素結合は破壊するのが難しく、体系的な方法で破壊するのはさらに困難です。

研究者の革新は、2 つの異なる金属を使用して 2 つの異なる反応を触媒することでした。

1 つ目は、イリジウム、または白金と亜鉛から作られた触媒を利用して、丈夫な炭素-炭素結合を修飾します。

「飽和炭化水素（すべて炭素-炭素単結合）を取り出し、ポリマーから数分子の水素を除去して炭素-炭素二重結合を作ります。これは炭素-炭素単結合よりも反応性が高いのです」とハートウィッグ氏は言う。

「何人かがそのプロセスを検討していましたが、真のポリマーでそれを達成した人は誰もいませんでした。」

その後、研究者らは、パラジウムベースの触媒がその結合に襲い掛かり、それを利用してポリマーをエチレンと呼ばれる物質で徐々に分解できることを発見した。

「末端に炭素-炭素二重結合を持つ長い鎖ができると、私たちの触媒はその炭素-炭素二重結合を取り出し、炭素を1つだけ入れて異性化します」とハートウィッグ氏は言う。

「エチレンは最初の異性化生成物と反応して、プロピレンと、末端に二重結合を持つほぼ同一の短いポリマーを生成します。

「そして、同じことを何度も繰り返すのです。 それは一歩踏み込んで、裂け目になります。 入ってきて、切り裂く。 ポリマー全体が 3 個の炭素の断片に切断されるまで、侵入して切断されます。 チェーンの一方の端から、チェーンがなくなるまでチェーンを噛み砕き、プロピレンを吐き出します。」

彼らは、ポリエチレンの 80% を、それぞれ 3 つの炭素原子を持つ小さな分子であるプロピレンに変換することができました。

このプロセスを工業化する前に、やるべきことはまだたくさんあります。

例えば現時点では、どちらの触媒も液体である必要があるが、研究者らは再利用が容易な固体触媒の代わりに固体触媒を見つけたいと考えている。

ハートウィッグ氏は、この技術は「商業化には程遠い」と言う。

「しかし、この新しいプロセスがどのように大量のプラスチック廃棄物を巨大な化学原料に変換するかは簡単にわかります。もちろん、さらなる開発が必要です。」

もともとコスモスによって出版されたもので、「少しの金属が厄介なプラスチックを持続可能な原料に変えることができる」