11.05.2022 - Northwestern University

Un pas vers une économie circulaire ?

Déconstruction catalytique du PET à l'aide d'un cadre métallo-organique en zirconium

Le polyéthylène téréphtalate (PET) est l'un des plastiques les plus courants. Les PET mis au rebut finissent le plus souvent dans des décharges ou dans l'environnement car le taux de recyclage reste faible. Dans la revue Angewandte Chemie, une équipe de chercheurs vient de présenter un cadre métallo-organique à base de zirconium qui catalyse la dégradation du PET en ses monomères. Ceux-ci peuvent ensuite être réutilisés pour fabriquer du PET de grande valeur, permettant ainsi le développement d'une économie circulaire.

Près de 70 millions de tonnes de PET sont produites chaque année. Le PET est transformé pour fabriquer des produits tels que des fibres, des bouteilles de boisson et des emballages alimentaires. Bien que le PET puisse être fondu et réutilisé, les hautes températures employées entraînent une qualité moindre des produits recyclés, ce qui limite cette stratégie à quelques cycles seulement. La déconstruction chimique du PET en ses monomères fournirait une matière première pour la production renouvelée de produits en PET de haute qualité, mais elle nécessite de grandes quantités de solvants et de réactifs, des pressions élevées et une séparation coûteuse des sous-produits gênants. Les additifs et les produits teintés pourraient également compliquer les choses. L'alternative serait un procédé catalytique.

Une équipe dirigée par Omar K. Farha de la Northwestern University d'Evanston, aux États-Unis, vient de présenter un catalyseur qui décompose les déchets de PET à 260 °C en acide téréphtalique (TA) et en téréphtalate de mono-méthyle (MMT) avec des rendements allant jusqu'à 98 %. Le catalyseur appartient à une classe de matériaux connus sous le nom de cadres métallo-organiques (MOF), qui sont des structures poreuses avec des métaux aux nœuds et des molécules organiques les reliant. Les chercheurs ont choisi d'utiliser l'UiO-66, un MOF à base de zirconium bien connu qui peut facilement être produit à grande échelle. L'UiO-66 est constitué de clusters contenant six atomes de zirconium comme nœuds, qui sont reliés par six molécules d'acide téréphtalique comme lieurs.

Des analyses structurelles approfondies ont montré que lors de la déconstruction du PET, l'UiO-66 se réarrange de manière surprenante en une forme différente ayant la même composition : MIL-140A, qui est une charpente de chaînes d'oxyde de zirconium à sept coordinats qui sont liées à six autres chaînes par des ponts d'acide téréphtalique. Ce réarrangement ne provoque qu'une légère diminution de l'activité catalytique.

Des études mécanistiques détaillées indiquent que la voie principale de la déconstruction du PET est une β-scission. Cette réaction joue également un rôle important dans la thermolyse mais se déroule à une température nettement plus basse en présence du catalyseur. Sous hydrogène, la déconstruction se déroule également par hydrogénolyse. Ni les additifs de polyéthylène ou de polypropylène ni la teinture du PET n'ont perturbé le processus de déconstruction.

Ces résultats illustrent le potentiel des MOFs établis comme une nouvelle classe de catalyseurs de déconstruction des polymères pour surmonter les défis de longue date liés aux déchets plastiques.

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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