文章來源：Ames Laboratory
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雖然塑料回收并不是一門新的科學(xué)，但目前的工藝并沒有使其具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值——廢塑料被“向下循環(huán)”成等級較低、用途較低的材料。在解決日益嚴(yán)重的全球一次性塑料污染危機(jī)方面，這一挑戰(zhàn)仍然是一個(gè)障礙。
由美國能源部艾姆斯實(shí)驗(yàn)室（Ames Laboratory）領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)由多個(gè)機(jī)構(gòu)組成的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開發(fā)出一種新的的催化劑，這種催化劑能夠處理聚烯烴塑料，如聚乙烯和聚丙烯，這些聚合物廣泛應(yīng)用于塑料購物袋、牛奶罐、洗發(fā)水瓶、玩具和食品容器中。這一過程產(chǎn)生了均勻、高質(zhì)量的成分，可用于生產(chǎn)燃料、溶劑和潤滑油，這些產(chǎn)品具有很高的價(jià)值，有可能將這些塑料和其他廢舊塑料轉(zhuǎn)化為未開發(fā)的資源。
“我們在這項(xiàng)工作上已經(jīng)向前邁進(jìn)了一大步，”艾姆斯實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家、塑料聯(lián)合更新?lián)Q代研究所（iCOUP）主任 Aaron Sadow 說。“我們假設(shè)我們可以借用自然，模擬酶精確分解蛋白質(zhì)和纖維素等大分子的過程。我們成功地做到了這一點(diǎn)，我們很高興能夠進(jìn)一步優(yōu)化和開發(fā)這一過程。”
這種獨(dú)特的工藝依賴于納米顆粒技術(shù)。艾姆斯實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家 Wenyu Huang 設(shè)計(jì)了一種介孔二氧化硅納米顆粒，由鉑核和催化活性中心組成，周圍有長的二氧化硅孔或通道，長聚合物鏈通過這些孔或通道進(jìn)入催化劑。通過這種設(shè)計(jì)，催化劑能夠抓住較長的聚合物鏈并將其裂解成一致、均勻的較短片段，這些片段很有可能被升級為新的、更有用的最終產(chǎn)品。
“這種類型的受控催化過程以前從未基于無機(jī)材料進(jìn)行過設(shè)計(jì)，”Huang 教授專門設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)明確的納米催化劑。“我們能夠證明，催化過程能夠在釋放前對同一分子執(zhí)行多個(gè)相同的解構(gòu)步驟。”
艾姆斯實(shí)驗(yàn)室的固態(tài)核磁共振專家弗雷德·佩拉斯（Fred Perras）的測量結(jié)果使研究小組得以在原子尺度上仔細(xì)觀察催化劑的活性，并證實(shí)長聚合物鏈以類似科學(xué)家們試圖模擬的酶過程的方式，輕易地穿過催化劑孔。
這項(xiàng)研究將在艾姆斯實(shí)驗(yàn)室領(lǐng)導(dǎo)的塑料聯(lián)合循環(huán)研究所（iCOUP）的指導(dǎo)下擴(kuò)大和繼續(xù)進(jìn)行。iCOUP是一個(gè)能源前沿研究中心，由來自艾姆斯實(shí)驗(yàn)室、阿貢國家實(shí)驗(yàn)室、加州大學(xué)圣巴巴拉分校、南卡羅來納大學(xué)、康奈爾大學(xué)、西北大學(xué)和伊利諾伊大學(xué)厄本那香檳分校的科學(xué)家組成。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41929-020-00519-4
原文鏈接：https://www.ameslab.gov/index.php/news/a-first-of-its-kind-catalyst-mimics-natural-processes-to-break-down-plastic-and-produce
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