14.04.2022 - Northwestern University

Une méthode qui décompose efficacement les bouteilles en plastique en éléments constitutifs

Des chercheurs sont les premiers à démontrer l'utilisation de structures organométalliques pour dégrader les plastiques.

Et si le cycle de vie de la bouteille en plastique était circulaire ? Si une bouteille en plastique usagée était rendue à ses composants d'origine, prête à être transformée en une nouvelle bouteille en plastique au lieu de finir 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 permettant de décomposer le plastique à base de polyester en ses composants.

Trois éléments seulement sont nécessaires : le plastique, l'hydrogène et le catalyseur. De plus, l'un des composants du plastique décomposé est l'acide téréphtalique, un produit chimique utilisé pour fabriquer du plastique. Avec la méthode Northwestern, il n'est pas nécessaire de revenir au pétrole et à la production et la séparation des xylènes, qui sont coûteuses et consomment beaucoup d'énergie.

"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 chercheurs ont choisi un MOF à base de zirconium appelé UiO-66 parce qu'il est facile à fabriquer, évolutif et peu coûteux. Yufang Wu, premier auteur de l'étude et étudiante diplômée invitée 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 coupées en morceaux, a chauffé le plastique et a appliqué le catalyseur.

"Le MOF a donné des résultats encore meilleurs que ce que nous avions prévu", a déclaré Farha. "Nous avons constaté que le catalyseur était très sélectif et robuste. Ni la couleur de la bouteille en plastique ni le plastique différent dont étaient faits les bouchons n'ont affecté l'efficacité du catalyseur. Et la méthode ne nécessite pas de solvants organiques, ce qui est un plus."

Les MOF utilisés précédemment sur les agents neurotoxiques

Classe de matériaux de taille nanométrique, les MOF ont été largement étudiés en raison de leurs structures hautement ordonnées. Farha étudie les MOF depuis plus de dix ans et a déjà montré qu'ils pouvaient être utilisés pour détruire des agents neurotoxiques. Dans l'étude actuelle, a déclaré Farha, les MOF agissent à peu près de la même manière - en rompant une liaison ester pour dégrader le polyéthylène téréphtalate (PET). Ce plastique est l'un des plastiques de consommation les plus populaires dans le monde.

"Nous utilisons les MOF de zirconium pour dégrader les agents neurotoxiques depuis des années", explique M. 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 contribue à relever les défis de longue date associés aux déchets plastiques et ouvre de nouveaux domaines et applications pour les MOF", a déclaré Farha.

En savoir plus sur les MOF

Les MOF sont constitués de molécules organiques et d'ions ou de clusters métalliques qui s'assemblent pour former des structures poreuses multidimensionnelles et hautement cristallines. Pour se représenter la structure d'un MOF, il suffit d'imaginer un jeu de bricolage dans lequel les ions ou les amas métalliques sont les nœuds circulaires ou carrés et les molécules organiques les tiges qui maintiennent les nœuds ensemble.

Outre le fait qu'il est facile à fabriquer, évolutif et peu coûteux, l'UiO-66 présente un autre avantage : le lieur organique du MOF, l'acide téréphtalique (AT), est celui que l'on obtient lorsqu'on décompose le plastique.

Les études de caractérisation structurelle ont révélé qu'au cours du processus de dégradation, l'UiO-66 subit une transformation intéressante en un autre MOF à base de zirconium appelé MIL-140A. Ce MOF a également montré une grande activité catalytique pour la dégradation du PET.

Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.

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