Ученые Йельского университета (Yale University, США) разработали новый метод пиролиза без катализатора для переработки отходов изделий из полиэтилена в ценные химические вещества. Команда разработчиков придумала новую конструкцию реактора, компенсирующую обычное снижение эффективности в методах пиролиза без использования катализаторов, сообщается в пресс-релизе вуза.
«Катализаторы очень дороги, и возникает проблема со сроком службы, поскольку катализаторы со временем выходят из строя по разным причинам», — сказал Лянбин Ху (Liangbing Hu), директор Центра инновационных материалов Йельского университета.
Исследователи напечатали на 3D-принтере реактор с углеродной колонной и электрическим нагревом, состоящий из трех секций с уменьшающимся размером пор.
Селективная вторичная переработка электрифицированного полиэтилена методом пиролиза с модуляцией порИзображение: Springer Nature
Первая секция состоит из пор размером 1 мм, вторая — из пор размером 500 мкм, а третья — из пор размером 200 нанометров. Уменьшающийся размер пор реактора действует как «затвор»: он предотвращает продвижение более крупных молекул в следующую секцию реактора до их адекватного пиролиза.
Конструкция также позволяет контролировать температуру в реакторе, предотвращая коксование и другие последствия перегрева, влияющие на эффективность. С помощью реактора с углеродной колонной, состоящего из трех секций с уменьшающимся размером пор, исследователи Йельского университета разработали метод пиролиза, который превращает пластиковые отходы в пригодные для использования химические вещества.
Группа провела лабораторные испытания напечатанного на 3D-принтере реактора на образце полиэтилена. Результаты показали выход 65,9% ± 5,2% и селективность до 80,8% по углеводородам C8–C18, которые обычно используются в качестве прекурсоров авиационного топлива.
Команда также попыталась продемонстрировать более масштабируемую конструкцию ректора, заменив 3D-печатную конструкцию устройством из коммерчески доступного углеродного войлока, высокопористого материала. Хотя эта конструкция не позволяла столь же точно контролировать поры реактора, она всё же достигла 56% выхода полезных химических веществ.
«Эти результаты очень многообещающие и демонстрируют большой потенциал для внедрения этой системы в реальную практику и разработки практической стратегии преобразования пластиковых отходов в ценные материалы», — сказал Шу Ху (Shu Hu), доцент кафедры химической и экологической инженерии Йельского университета.
Команда исследователей описала свои результаты в статье «Селективная переработка электрифицированного полиэтилена методом пиролиза с модуляцией пор» (Selective electrified polyethylene upcycling by pore-modulated pyrolysis), опубликованной в журнале Nature Chemical Engineering.