摘要: 化石燃料一直是塑料的先驅(qū),但目前新的研究已經(jīng)詳細描述了一種將二氧化碳轉(zhuǎn)化為乙烯時產(chǎn)量增加一倍的技術(shù),而乙烯是世界上常見塑料的重要組成部分。
化石燃料長期以來一直是塑料的先驅(qū),但內(nèi)布拉斯加-林肯大學及其歐洲合作者的新研究將把化石燃料時代轉(zhuǎn)向二氧化碳。
大氣中的二氧化碳濃度已從工業(yè)化前的0.0028%增加到今天的約0.0045%,這些CO2幾乎完全來自化石燃料的燃燒。這一趨勢,再加上化石燃料的有限供應(yīng),促使研究人員要去夠探索由CO2而不是化石燃料來生產(chǎn)塑料的方法——要像回收塑料那樣回收CO2。
內(nèi)布拉斯加州的Vitaly Alexandrov及其同事詳細介紹了一種基于催化劑的技術(shù),該技術(shù)可以將CO2轉(zhuǎn)化為乙烯,且產(chǎn)量增加一倍,而乙烯是最常見的塑料聚乙烯的重要組成部分。
化學和生物分子工程學助理教授Alexandrov說:“CO2的轉(zhuǎn)化非常重要,這有助于消除導致全球氣候變暖以及環(huán)境中的其他有害物質(zhì)。”
銅已經(jīng)成為將CO2轉(zhuǎn)化為塑性聚合物分子反應(yīng)中的主要催化劑,當其被施加電壓時,便會發(fā)揮作用。但一些銅基裝置都未能將超過15%以上的CO2轉(zhuǎn)換成乙烯,因此產(chǎn)量太小,不能滿足行業(yè)發(fā)展的需求。
威爾士斯旺西大學的研究人員決定,嘗試用不同聚合物涂覆銅,以提高效率。他們發(fā)現(xiàn)用聚丙烯酰胺聚合物覆蓋后,銅泡沫塑料的轉(zhuǎn)化率從13%上升到26%。
隨后,Alexandrov和博士后研究員Konstantin Klyukin通過內(nèi)布拉斯加州荷蘭計算中心進行了基于量子力學的模擬,以此來解釋為什么聚丙烯酰胺的效果會超越其它聚合物。他們發(fā)現(xiàn),聚丙烯酰胺會分解CO2,并將其重新組裝成一對鍵合的C-O化合物,然后穩(wěn)定這個新分子,因為它驅(qū)動進一步的化學反應(yīng)——最終生成乙烯。
Alexandrov說:“CO2非常穩(wěn)定,因為它有非常難斷裂的雙鍵,這是將其轉(zhuǎn)換為其他結(jié)構(gòu)時最具挑戰(zhàn)性的部分。你不想花太多精力來轉(zhuǎn)換它,因為這是一種低效的權(quán)衡。即使研究人員期待進一步提高其效率,它們也著眼于一個更大的目標:將CO2直接轉(zhuǎn)化為塑料袋、容器和薄膜中的聚乙烯。實驗主義者想要的一件事就是從一個簡單的分子(如乙烯)在一批反應(yīng)中合成非常復(fù)雜的分子。 你放入二氧化碳催化劑,最終得到可出售的聚合物結(jié)構(gòu)。 但是這些分子的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。這是了解我們?nèi)绾蝿?chuàng)造它們的第一步。” |