Visual ya tofauti mbili za kichocheo, na sehemu ya shell iliyoondolewa ili kuonyesha mambo ya ndani. Tufe nyeupe inawakilisha shell ya silika, mashimo ni pores. Nyanja za kijani kibichi zinawakilisha tovuti za kichocheo, zile zilizo upande wa kushoto ni ndogo sana kuliko zile za kulia. Kamba nyekundu ndefu zinawakilisha minyororo ya polima, na kamba fupi ni bidhaa baada ya kichocheo. Mifuatano yote mifupi inafanana kwa ukubwa, ikiwakilisha uteuzi thabiti katika vichocheo tofauti. Zaidi ya hayo, kuna minyororo midogo zaidi inayozalishwa na tovuti ndogo za kichocheo kwa sababu majibu hutokea kwa haraka zaidi. Credit: Picha kwa hisani ya Argonne National Laboratory, Idara ya Nishati ya Marekani
Teknolojia ya upcycling ya plastiki inaendelezwa na kichocheo kilichoundwa hivi karibuni cha kuvunja plastiki. Timu ya wanasayansi wakiongozwa na wanasayansi wa Maabara ya Ames waligundua kichocheo cha kwanza cha michakato isokaboni mnamo 2020 kuunda plastiki za polyolefin kuwa molekuli ambazo zinaweza kutumika kuunda bidhaa zenye thamani zaidi. Timu sasa imeunda na kuhalalisha mkakati wa kuharakisha mabadiliko bila kutoa bidhaa zinazohitajika.
Kichocheo hicho kilibuniwa awali na Wenyu Huang, mwanasayansi katika Maabara ya Ames. Inajumuisha chembe za platinamu zinazoungwa mkono kwenye msingi dhabiti wa silika na kuzungukwa na ganda la silika lenye vinyweleo sare ambavyo hutoa ufikiaji wa tovuti za kichocheo. Jumla ya platinamu inayohitajika ni ndogo sana, ambayo ni muhimu kwa sababu ya gharama kubwa ya platinamu na usambazaji mdogo. Wakati wa majaribio ya utenganishaji, minyororo mirefu ya polima huingia kwenye vinyweleo na kuwasiliana na tovuti za vichocheo, na kisha minyororo hiyo huvunjwa vipande vipande vya ukubwa mdogo ambavyo si nyenzo ya plastiki tena (tazama picha hapo juu kwa maelezo zaidi).
Kulingana na Aaron Sadow, mwanasayansi katika Ames Lab na mkurugenzi wa Taasisi ya Ushirika wa Upandaji Baiskeli wa Plastiki (iCOUP), timu iliunda tofauti tatu za kichocheo. Kila tofauti ilikuwa na viini vya ukubwa sawa na makombora ya vinyweleo, lakini vipenyo vinavyotofautiana vya chembe za platinamu, kutoka 1.7 hadi 2.9 hadi 5.0 nm.
Watafiti walidhania kuwa tofauti za saizi ya chembe ya platinamu zinaweza kuathiri urefu wa minyororo ya bidhaa, kwa hivyo chembe kubwa za platinamu zingetengeneza minyororo mirefu na ndogo ingetengeneza minyororo mifupi. Hata hivyo, timu iligundua kuwa urefu wa minyororo ya bidhaa ulikuwa na ukubwa sawa kwa vichocheo vyote vitatu.
"Katika fasihi, uteuzi wa athari za utengano wa dhamana ya kaboni-kaboni kawaida hutofautiana na saizi ya nanoparticles ya platinamu. Kwa kuweka platinamu chini ya vinyweleo, tuliona kitu cha kipekee kabisa,” alisema Sadow.
Badala yake, kiwango ambacho minyororo ilivunjwa katika molekuli ndogo ilikuwa tofauti kwa vichocheo vitatu. Chembe kubwa za platinamu ziliitikia kwa mnyororo mrefu wa polima polepole zaidi huku zile ndogo zikiitikia kwa haraka zaidi. Kiwango hiki cha ongezeko kinaweza kutokana na asilimia kubwa ya maeneo ya platinamu ya ukingo na kona kwenye nyuso za nanoparticles ndogo zaidi. Maeneo haya yanafanya kazi zaidi katika kupasua mnyororo wa polima kuliko platinamu iliyoko kwenye nyuso za chembe.
Kulingana na Sadow, matokeo ni muhimu kwa sababu yanaonyesha kuwa shughuli inaweza kurekebishwa bila kuchagua katika miitikio hii. "Sasa, tuna uhakika kwamba tunaweza kutengeneza kichocheo kinachofanya kazi zaidi ambacho kinaweza kutafuna polima haraka zaidi, huku tukitumia vigezo vya miundo ya kichocheo kupiga urefu maalum wa mnyororo wa bidhaa," alisema.
Huang alielezea kuwa aina hii ya reactivity kubwa ya molekuli katika vichocheo vya porous kwa ujumla haijasomwa sana. Kwa hivyo, utafiti ni muhimu kwa kuelewa sayansi ya kimsingi na jinsi inavyofanya kazi kwa uboreshaji wa plastiki.
"Tunahitaji kuelewa zaidi mfumo kwa sababu bado tunajifunza mambo mapya kila siku. Tunachunguza vigezo vingine ambavyo tunaweza kuviweka ili kuongeza zaidi kiwango cha uzalishaji na kuhamisha usambazaji wa bidhaa,” alisema Huang. "Kwa hivyo kuna mambo mengi mapya kwenye orodha yetu yanasubiri tugundue."
Rejea: "Nanoparticles Zilizodhibitiwa na Ukubwa Zilizopachikwa katika Usanifu wa Mesoporous Unaoongoza kwa Ufanisi na Uchaguzi wa Haidrojeni ya Polyolefini" na Xun Wu, Akalanka Tennakoon, Ryan Yappert, Michaela Esveld, Magali S. Ferrandon, Ryan A. Hackler, Anne M. LaPointe, Andreas Heyden, Massimiliano Delferro, Baron Peters, Aaron D. Sadow na Wenyu Huang, 23 Februari 2022, Jarida la American Chemical Society.
DOI: 10.1021/jacs.1c11694
Utafiti huo ulifanywa na Taasisi ya Ushirikiano wa Upcycling wa Plastiki (iCOUP), inayoongozwa na Ames Laboratory. iCOUP ni Kituo cha Utafiti cha Nishati Frontier kinachojumuisha wanasayansi kutoka Maabara ya Ames, Maabara ya Kitaifa ya Argonne, UC Santa Barbara, Chuo Kikuu cha South Carolina, Chuo Kikuu cha Cornell, Chuo Kikuu cha Northwestern, na Chuo Kikuu cha Illinois Urbana-Champaign.
