Nghiên cứu từ Đại học Northwestern, Mỹ phát triển chất xúc tác gốc niken hỗ trợ phân loại nhựa hiệu quả trong quy trình tái chế.
Quy trình này sử dụng chất xúc tác dựa trên niken, có khả năng phân hủy chọn lọc các loại nhựa polyolefin, bao gồm polyetilen và polypropylen – loại nhựa sử dụng một lần chiếm gần hai phần ba lượng tiêu thụ nhựa toàn cầu. Chất xúc tác này cho phép xử lý khối lượng lớn rác thải polyolefin không cần phân loại trước.
Chất xúc tác gốc niken có khả năng phân hủy chọn lọc nhựa polyetilen và polypropylen – loại sử dụng một lần, chiếm gần hai phần ba lượng tiêu thụ nhựa toàn cầu. (Ảnh minh hoạ)
Khi chất xúc tác phân hủy polyolefin, nhựa rắn giá trị thấp được chuyển hóa thành dầu lỏng và sáp, có thể được tái chế thành các sản phẩm giá trị cao như chất bôi trơn, nhiên liệu hoặc nến. Đáng chú ý, chất xúc tác này có thể tái sử dụng nhiều lần và thậm chí phân hủy được nhựa nhiễm polyvinyl clorua (PVC) – một loại polymer độc hại thường khiến nhựa bị coi là “không thể tái chế”. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Chemistry.
Giáo sư Tobin Marks, tác giả chính của nghiên cứu tại Northwestern, nhấn mạnh: “Rào cản lớn nhất trong tái chế nhựa luôn là việc phải phân loại tỉ mỉ từng loại rác thải. Chất xúc tác mới của chúng tôi có thể bỏ qua bước tốn kém và mất thời gian này đối với nhựa polyolefin phổ biến, giúp tái chế trở nên hiệu quả, thực tế và khả thi về kinh tế hơn so với các phương pháp hiện tại.”
Thách thức với nhựa polyolefin
Polyolefin, là loại nhựa được sử dụng nhiều nhất trên thế giới, từ cốc đựng sữa chua, bao bì thực phẩm đến chai dầu gội, với hơn 220 triệu tấn được sản xuất mỗi năm. Tuy nhiên, theo báo cáo năm 2023 trên tạp chí Nature, tỷ lệ tái chế polyolefin chỉ dao động từ dưới 1% đến 10% trên toàn cầu. Nguyên nhân chính nằm ở cấu trúc bền vững của polyolefin, với các liên kết carbon-carbon cực kỳ khó phá vỡ.
Hiện nay, các phương pháp tái chế polyolefin còn nhiều hạn chế. Nhựa có thể được cắt nhỏ thành mảnh vụn, sau đó nung chảy để tạo thành hạt nhựa chất lượng thấp, nhưng quy trình này đòi hỏi phải phân loại chính xác từng loại nhựa. Chỉ cần một lượng nhỏ nhựa khác loại, cặn thức ăn hoặc tạp chất không phải nhựa cũng có thể làm hỏng cả lô hàng, dẫn đến việc thải ra bãi rác.
Một phương pháp khác là nung nhựa ở nhiệt độ cực cao (400-700°C) để phân hủy thành hỗn hợp khí và chất lỏng hữu ích, nhưng quy trình này tiêu tốn rất nhiều năng lượng. Tiến sĩ Kratish cho biết: “Mọi thứ đều có thể bị đốt cháy, nhưng chúng tôi muốn tìm cách sử dụng năng lượng tối thiểu để tạo ra sản phẩm có giá trị tối đa.”
Giải pháp với chất xúc tác niken
Để giải quyết vấn đề, nhóm nghiên cứu đã sử dụng phương pháp hydro hóa, kết hợp khí hydro và chất xúc tác để phân hủy nhựa polyolefin thành các hydrocarbon nhỏ hơn, hữu ích hơn. Thay vì sử dụng các kim loại quý đắt đỏ như bạch kim hay palladi, nhóm đã phát triển chất xúc tác dựa trên niken cation – một hợp chất niken dồi dào, giá rẻ và sẵn có.
Chất xúc tác niken đơn điểm này hoạt động như một “con dao phẫu thuật” chính xác, chỉ cắt các liên kết carbon-carbon, thay vì phá hủy toàn bộ cấu trúc nhựa một cách không kiểm soát. Kết quả là nhựa polyolefin phân nhánh (như polypropylen đẳng hướng) có thể được tách biệt hóa học khỏi polyolefin không phân nhánh, ngay cả khi chúng trộn lẫn.
Tiến sĩ Kratish cho biết: “So với các chất xúc tác niken khác, quy trình của chúng tôi sử dụng chất xúc tác đơn điểm, hoạt động ở nhiệt độ thấp hơn 100°C và áp suất khí hydro chỉ bằng một nửa. Chúng tôi dùng ít chất xúc tác hơn 10 lần, nhưng hiệu suất cao gấp 10 lần.”
Điều đáng kinh ngạc là chất xúc tác này không chỉ ổn định về nhiệt và hóa học mà còn hoạt động tốt hơn khi có sự hiện diện của PVC – một loại nhựa độc hại thường làm gián đoạn quá trình tái chế. PVC, được sử dụng trong ống nước, sàn nhà và thiết bị y tế, dễ phân hủy khi bị nung nóng, giải phóng khí hydro clorua ăn mòn, làm vô hiệu hóa các chất xúc tác thông thường.
Tuy nhiên, chất xúc tác của Northwestern không chỉ chịu được PVC mà còn tăng hiệu suất khi nhựa nhiễm tới 25% PVC. Kết quả bất ngờ này cho thấy phương pháp mới có thể vượt qua một trong những rào cản lớn nhất trong tái chế nhựa hỗn hợp, mở ra khả năng tái chế những loại rác thải trước đây bị coi là “không thể tái chế”. Chất xúc tác cũng có thể tái tạo qua nhiều chu kỳ bằng cách xử lý đơn giản với alkylaluminium giá rẻ.
https://vtcnews.vn/my-tai-che-nhua-khong-can-phan-loai-nho-mot-hoa-chat-ar963444.html
