Et si le cycle de vie de la bouteille plastique était circulaire ? Où une bouteille en plastique usagée a été remise dans ses composants d'origine, prête à être transformée en une nouvelle bouteille en plastique au lieu de finir éventuellement dans une décharge.

Une équipe de recherche de la Northwestern University est la première à démontrer qu'un matériau appelé cadre organométallique (MOF) est un catalyseur stable et sélectif pour décomposer le plastique à base de polyester en ses composants.

Seules trois choses sont nécessaires :le plastique, l'hydrogène et le catalyseur. Un avantage important est que l'un des composants du plastique est l'acide téréphtalique, un produit chimique utilisé pour produire du plastique. Avec la méthode Northwestern, il n'est pas nécessaire de remonter jusqu'au pétrole et à la production et à la séparation coûteuses et énergivores des xylènes.

"Nous pouvons faire beaucoup mieux que de partir de zéro pour fabriquer des bouteilles en plastique", a déclaré Omar Farha, professeur de chimie au Weinberg College of Arts and Sciences. Il est l'auteur correspondant de l'étude. "Notre processus est beaucoup plus propre."

Les travaux ont été publiés récemment dans la revue Angewandte Chemie International Edition .

Les chercheurs ont choisi un MOF à base de zirconium appelé UiO-66 car il est facile à fabriquer, évolutif et peu coûteux. Yufang Wu, le premier auteur de l'étude et étudiant diplômé invité dans le groupe de Farha, a utilisé le plastique le plus pratique :les bouteilles d'eau en plastique que ses collègues du laboratoire avaient jetées. Elle les a hachés, a chauffé le plastique et a appliqué le catalyseur.

"Le MOF a fait encore mieux que prévu", a déclaré Farha. "Nous avons trouvé le catalyseur très sélectif et robuste. Ni la couleur de la bouteille en plastique ni les différents plastiques à partir desquels les bouchons de bouteille ont été fabriqués n'ont affecté l'efficacité du catalyseur. Et la méthode ne nécessite pas de solvants organiques, ce qui est un plus. ."

Que sont les MOF ?

Une classe de matériaux de taille nanométrique, les MOF ont été largement étudiés en raison de leurs structures hautement ordonnées. Farha a étudié les MOF pendant plus d'une décennie et a précédemment montré qu'ils peuvent être utilisés pour détruire les agents neurotoxiques. Dans l'étude actuelle, a déclaré Farha, les MOF agissent à peu près de la même manière :rompre une liaison ester pour dégrader le polyéthylène téréphtalate (PET). Ce plastique est l'un des plastiques de consommation les plus populaires au monde.

"Nous utilisons des MOF de zirconium pour dégrader les agents neurotoxiques depuis des années", a déclaré Farha. "L'équipe s'est alors demandée si ces MOF pouvaient également dégrader le plastique même si les réactions et le mécanisme sont différents. Cette curiosité a conduit à nos récentes découvertes."

"Cette recherche aide à relever les défis de longue date associés aux déchets plastiques et ouvre de nouveaux domaines et applications pour les MOF", a déclaré Farha.

Imaginez Tinkertoys

Les MOF sont constitués de molécules organiques et d'ions ou d'amas métalliques qui s'auto-assemblent pour former des cadres poreux multidimensionnels hautement cristallins. Pour imaginer la structure d'un MOF, a déclaré Farha, imaginez un ensemble de Tinkertoys dans lequel les ions métalliques ou les grappes sont les nœuds circulaires ou carrés et les molécules organiques sont les tiges qui maintiennent les nœuds ensemble.

En plus d'être facile à fabriquer, évolutif et peu coûteux, un autre avantage de l'UiO-66 est que le lieur organique du MOF, l'acide téréphtalique (TA), est ce que vous obtenez lors de la décomposition du plastique.

Des études de caractérisation structurale ont révélé qu'au cours du processus de dégradation, UiO-66 subit une transformation intéressante en un autre MOF à base de zirconium appelé MIL-140A. This MOF also showed great catalytic activity toward PET degradation.

The title of the paper is "Catalytic Degradation of Polyethylene Terephthalate Using a Phase-Transitional Zirconium-Based Metal-Organic Framework." + Explorer plus loin

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