Des chercheurs de l'Université de l'Illinois contribuent au développement de catalyseurs plus respectueux de l'environnement pour la production de précurseurs de plastique et de résine qui sont souvent dérivés de combustibles fossiles. La clé de leur technique réside dans la reconnaissance des propriétés physiques et chimiques uniques de certains métaux et de la façon dont ils réagissent avec le peroxyde d'hydrogène.

De nombreux plastiques sont fabriqués à partir de molécules appelées oléfines qui sont dérivées de matières organiques telles que les combustibles fossiles. Pour former ces types de plastiques, les molécules d'oléfine doivent être modifiées à l'aide de produits chimiques oxydants pour fabriquer des précurseurs de plastique et de résine, appelés monomères, en réorganisant leurs liaisons chimiques afin qu'ils puissent atteindre et s'accrocher à d'autres monomères. Cela leur permet de s'assembler en de longues chaînes moléculaires - les éléments constitutifs des plastiques, a dit David Flaherty, professeur de génie chimique et biomédical.

"Les méthodes actuelles utilisées pour transformer les molécules d'oléfines en quelque chose d'utile utilisent ou produisent également des choses dont nous ne voulons pas, comme le chlore, qui peut être corrosif, et CO2, " a déclaré Daniel Bregante, un étudiant diplômé en génie chimique et biomédical travaillant avec Flaherty, et co-auteur d'un rapport sur la nouvelle méthode.

Le dioxyde de carbone est souvent considéré comme un déchet de la combustion de combustibles fossiles. Cependant, Flaherty a déclaré qu'une quantité importante de CO2 se forme à partir de la production de plastiques dérivés de combustibles fossiles.

De nombreux processus de production utilisent du peroxyde organique ou des oxydants chlorés dangereux pour l'environnement, dit Bregante. Ensemble, ces préoccupations ont incité les chercheurs à explorer des options plus vertes pour la fabrication des plastiques.

Dans un article publié dans le Journal de l'American Chemical Society , le groupe regarde comment et pourquoi l'identité de certains métaux, appelés métaux de transition, affecter la réaction. Ils ont également étudié l'efficacité du processus lors de l'utilisation de peroxyde d'hydrogène - un oxydant respectueux de l'environnement dont le seul déchet est l'eau, ni chlore ni CO2.

Pour former les monomères critiques, les oléfines et les oxydants traversent de minuscules, structures spongieuses rigides appelées zéolites. Ces zéolites contiennent des ions métalliques dans les espaces poreux qui agissent comme des catalyseurs pour pousser la réaction chimique vers la voie de production de plastique, dit Bregante.

"Ce procédé est utilisé depuis des décennies, " dit Flaherty. " Pourtant, les raisons sous-jacentes de la façon dont les atomes métalliques activent le peroxyde d'hydrogène et pourquoi certains métaux sont meilleurs que d'autres pour cette chimie n'ont pas été entièrement compris. »

Le groupe de Flaherty a déclaré que leur réaction peut prendre deux voies :l'une qui conduit à la formation de monomères et l'autre qui conduit à la décomposition inutile du peroxyde d'hydrogène. Ils ont prouvé dans leurs dernières recherches que les deux voies réagiront différemment selon le métal utilisé, et la prochaine étape consistera à examiner comment la modification de la taille des pores des zéolites affectera les réactions.

En perçant davantage les mystères de cette réaction, Flaherty et Bregante ont déclaré que leurs recherches pourraient finalement conduire à une adoption plus large par l'industrie de cette version affinée et respectueuse de l'environnement d'un processus beaucoup plus ancien.

"Nous devons savoir non seulement que cela fonctionne, mais aussi comment cela fonctionne pour convaincre l'industrie de faire le changement, " a déclaré Flaherty. " Les installations utilisées pour produire des plastiques commencent à atteindre la fin de leur durée de vie utile, et une nouvelle infrastructure industrielle basée sur cette méthode révisée pourrait être un nouveau départ."