इंटीरियर को दिखाने के लिए हटाए गए खोल के एक खंड के साथ उत्प्रेरक के दो रूपों का दृश्य। सफेद गोला सिलिका के खोल का प्रतिनिधित्व करता है, छिद्र छिद्र होते हैं। चमकीले हरे रंग के गोले उत्प्रेरक स्थलों का प्रतिनिधित्व करते हैं, बाईं ओर वाले दायीं ओर की तुलना में बहुत छोटे होते हैं। लंबे लाल तार बहुलक श्रृंखलाओं का प्रतिनिधित्व करते हैं, और छोटे तार उत्प्रेरण के बाद उत्पाद होते हैं। सभी छोटे तार आकार में समान होते हैं, जो उत्प्रेरक विविधताओं में लगातार चयनात्मकता का प्रतिनिधित्व करते हैं। इसके अतिरिक्त, छोटी उत्प्रेरक साइटों द्वारा उत्पादित अधिक छोटी श्रृंखलाएं होती हैं क्योंकि प्रतिक्रिया अधिक तेज़ी से होती है। क्रेडिट: अर्गोन नेशनल लेबोरेटरी, यूएस ऊर्जा विभाग की छवि सौजन्य
प्लास्टिक को तोड़ने के लिए हाल ही में विकसित उत्प्रेरक द्वारा प्लास्टिक अपसाइक्लिंग प्रौद्योगिकियों को उन्नत किया जा रहा है। एम्स प्रयोगशाला के वैज्ञानिकों के नेतृत्व में वैज्ञानिकों की एक टीम ने खोज की पहला प्रक्रियात्मक अकार्बनिक उत्प्रेरक 2020 में पॉलीओलेफ़िन प्लास्टिक को अणुओं में विघटित करने के लिए जिसका उपयोग अधिक मूल्यवान उत्पाद बनाने के लिए किया जा सकता है। टीम ने अब वांछनीय उत्पादों का त्याग किए बिना परिवर्तन को गति देने के लिए एक रणनीति विकसित और मान्य की है।
उत्प्रेरक मूल रूप से एम्स प्रयोगशाला के वैज्ञानिक वेन्यू हुआंग द्वारा डिजाइन किया गया था। इसमें प्लेटिनम के कण होते हैं जो एक ठोस सिलिका कोर पर समर्थित होते हैं और एक समान छिद्रों वाले सिलिका शेल से घिरे होते हैं जो उत्प्रेरक साइटों तक पहुंच प्रदान करते हैं। प्लेटिनम की कुल आवश्यक मात्रा काफी कम है, जो प्लेटिनम की उच्च लागत और सीमित आपूर्ति के कारण महत्वपूर्ण है। डीकंस्ट्रक्शन प्रयोगों के दौरान, लंबी बहुलक श्रृंखलाएं छिद्रों में पिरोती हैं और उत्प्रेरक साइटों से संपर्क करती हैं, और फिर जंजीरों को छोटे आकार के टुकड़ों में तोड़ दिया जाता है जो अब प्लास्टिक सामग्री नहीं हैं (अधिक विवरण के लिए ऊपर की छवि देखें)।
एम्स लैब के वैज्ञानिक और के निदेशक आरोन सैडो के अनुसार प्लास्टिक के सहकारी उपचक्रण संस्थान (iCOUP), टीम ने उत्प्रेरक के तीन रूपों को तैयार किया। प्रत्येक भिन्नता में समान आकार के कोर और झरझरा गोले थे, लेकिन प्लैटिनम कणों के अलग-अलग व्यास, 1.7 से 2.9 से 5.0 एनएम तक थे।
शोधकर्ताओं ने अनुमान लगाया कि प्लैटिनम कण आकार में अंतर उत्पाद श्रृंखलाओं की लंबाई को प्रभावित करेगा, इसलिए बड़े प्लैटिनम कण लंबी श्रृंखलाएं बनाएंगे और छोटे छोटे चेन बनाएंगे। हालांकि, टीम ने पाया कि तीनों उत्प्रेरकों के लिए उत्पाद श्रृंखलाओं की लंबाई समान आकार की थी।
"साहित्य में, कार्बन-कार्बन बंधन दरार प्रतिक्रियाओं के लिए चयनात्मकता आमतौर पर प्लैटिनम नैनोकणों के आकार के साथ भिन्न होती है। प्लेटिनम को छिद्रों के नीचे रखकर, हमने कुछ अनोखा देखा," सैडो ने कहा।
इसके बजाय, जिस दर पर जंजीरों को छोटे अणुओं में तोड़ा गया वह तीन उत्प्रेरकों के लिए अलग था। बड़े प्लैटिनम कण लंबी बहुलक श्रृंखला के साथ अधिक धीरे-धीरे प्रतिक्रिया करते हैं जबकि छोटे वाले अधिक तेज़ी से प्रतिक्रिया करते हैं। यह बढ़ी हुई दर छोटे नैनोकणों की सतहों पर किनारे और कोने प्लेटिनम साइटों के उच्च प्रतिशत के परिणामस्वरूप हो सकती है। ये स्थल कणों के फलकों में स्थित प्लेटिनम की तुलना में बहुलक श्रृंखला को साफ करने में अधिक सक्रिय होते हैं।
सैडो के अनुसार, परिणाम महत्वपूर्ण हैं क्योंकि वे दिखाते हैं कि गतिविधि को इन प्रतिक्रियाओं में चयनात्मकता से स्वतंत्र रूप से समायोजित किया जा सकता है। "अब, हमें विश्वास है कि हम एक अधिक सक्रिय उत्प्रेरक बना सकते हैं जो विशिष्ट उत्पाद श्रृंखला लंबाई में डायल करने के लिए उत्प्रेरक संरचनात्मक मापदंडों का उपयोग करते हुए बहुलक को और भी तेजी से चबाएगा," उन्होंने कहा।
हुआंग ने समझाया कि सामान्य रूप से झरझरा उत्प्रेरकों में इस प्रकार की बड़ी अणु प्रतिक्रिया का व्यापक रूप से अध्ययन नहीं किया जाता है। इसलिए, मौलिक विज्ञान को समझने के साथ-साथ प्लास्टिक के पुनर्चक्रण के लिए यह कैसा प्रदर्शन करता है, इसे समझने के लिए शोध महत्वपूर्ण है।
"हमें वास्तव में सिस्टम को और समझने की आवश्यकता है क्योंकि हम अभी भी हर दिन नई चीजें सीख रहे हैं। हम अन्य मापदंडों की खोज कर रहे हैं जिन्हें हम उत्पादन दर को और बढ़ाने और उत्पाद वितरण को स्थानांतरित करने के लिए ट्यून कर सकते हैं, ”हुआंग ने कहा। "इसलिए हमारी सूची में बहुत सी नई चीजें हैं जो हमें खोजे जाने की प्रतीक्षा कर रही हैं।"
संदर्भ: "एक मेसोपोरस आर्किटेक्चर में एम्बेडेड आकार-नियंत्रित नैनोकणों को पॉलीओलेफिन के कुशल और चुनिंदा हाइड्रोजेनोलिसिस के लिए अग्रणी" एक्सुन वू, अकालंका तेनाकून, रयान यापर्ट, माइकल एस्वेल्ड, मगाली एस फेरंडन, रयान ए हैकलर, ऐनी एम। लापोइंट, एंड्रियास द्वारा हेडन, मासिमिलियानो डेलफेरो, बैरन पीटर्स, आरोन डी। सैडो और वेन्यू हुआंग, 23 फरवरी 2022, अमेरिकी रसायन सोसाइटी का जर्नल.
DOI: 10.1021 / jacs.1c11694
यह शोध इंस्टीट्यूट फॉर कोऑपरेटिव अपसाइक्लिंग ऑफ प्लास्टिक्स (iCOUP) द्वारा किया गया था, जिसका नेतृत्व एम्स लेबोरेटरी ने किया था। iCOUP एक एनर्जी फ्रंटियर रिसर्च सेंटर है जिसमें एम्स लेबोरेटरी, आर्गन नेशनल लेबोरेटरी, यूसी सांता बारबरा, यूनिवर्सिटी ऑफ साउथ कैरोलिना, कॉर्नेल यूनिवर्सिटी के वैज्ञानिक शामिल हैं। नॉर्थवेस्टर्न यूनिवर्सिटी, और इलिनोइस विश्वविद्यालय अर्बाना-शैंपेन।
