Vật liệu mới tái chế nhựa và hấp phụ khí carbon dioxide

Các nhà hóa học Ấn Độ, cùng với các đồng nghiệp Anh, đã tạo ra một vật liệu nano mà họ gọi là zeolite vô định hình có thể biến carbon dioxide thành nhiên liệu và chất thải nhựa thành hóa chất.

Sự nóng lên toàn cầu do khí thải nhà kính và ô nhiễm môi trường với chất thải không thể phân hủy là hai vấn đề mang tính toàn cầu nghiêm trọng nhất mà các nhà khoa học từ các quốc gia khác nhau đang cố gắng giải quyết.

Các nhà hóa học từ Viện nghiên cứu cơ bản Tata (TIFR) ở Mumbai, dẫn đầu bởi Giáo sư Vivek Polshettiwar, cùng với các đồng nghiệp từ Đại học Nottingham ở Anh, đã phát triển một chất thuộc nhóm axit rắn có thể giải quyết cả hai vấn đề này.

Axit rắn là chất xúc tác mạnh mẽ có thể thay thế axit lỏng có hại cho môi trường trong một số quy trình công nghiệp như cracking dầu mỏ, kiềm hóa, cũng như phân hủy chất thải nhựa và chuyển đổi carbon dioxide thành nhiên liệu.

Hầu hết các axit rắn là các hợp chất hữu cơ, nhưng cũng có những khoáng chất tự nhiên. Nổi tiếng nhất trong số đó là zeolit tinh thể và aluminosilic vô định hình.

Zeolit là axit rắn mạnh. Khoáng chất này có thể loại bỏ và hấp thụ nước tùy thuộc vào nhiệt độ và độ ẩm, có thể làm xúc tác cho phản ứng hóa học và có khả năng trao đổi ion. Tuy nhiên, độ xốp quá nhỏ của zeolit hạn chế khả năng sử dụng nó trong các quy trình công nghệ dựa trên sự khuếch tán. Còn aluminosilicat vô định hình có độ axit thấp nhưng độ xốp cao.

Các nhà nghiên cứu đã đặt ra mục tiêu phát triển và tổng hợp một chất có tính axit mạnh như zeolit và độ xốp cao như aluminosilicat.

Có sử dụng các giọt vi nhũ làm mẫu mềm, các nhà nghiên cứu đã tổng hợp aluminosilicat vô định hình axit (AAS) dưới dạng bọt xốp nano và gọi nó là "zeolit vô định hình".

Nhờ tính axit và tính thấm mạnh, AAS đã cho thấy hiệu suất tốt hơn so với zeolit và aluminosilicat vô định hình trong một số quy trình và phản ứng xúc tác – tạo ra oxit styren, tổng hợp Vesidryl, kiềm hóa trong phản ứng Friedel–Crafts, tổng hợp Jasminaldehyd, đồng phân hóa m-Xylen, Cumene cracking, trong đó yêu cầu tính axit mạnh và độ xốp cao.

Kết quả phân tích bằng phương pháp Cộng hưởng từ hạt nhân (NMR-Nuclear Magnetic Resonance) cho thấy rằng, vật liệu mới có các trung tâm silanol giống như zeolit mặc dù đây là loại vật liệu vô định hình và không kết tinh.

Các tác giả đề xuất coi AAS là đại diện của một lớp vật liệu mới nằm giữa zeolit tinh thể và aluminosilic vô định hình.

Các nhà nghiên cứu tin rằng, với sự giúp đỡ của zeolit vô định hình có thể tạo ra công nghệ xúc tác axit rắn để phân hủy đồng thời chất thải nhựa và carbon dioxide, và sản xuất hydrocarbon làm nguyên liệu cho ngành hóa chất và nguồn nhiên liệu.