¿Y si el ciclo de vida de la botella de plástico fuera circular? Donde una botella de plástico usada se devolvió a sus componentes originales, lista para convertirse en una nueva botella de plástico en lugar de posiblemente terminar en un vertedero.

Un equipo de investigación de la Universidad Northwestern es el primero en demostrar que un material llamado estructura metalorgánica (MOF) es un catalizador estable y selectivo para descomponer el plástico a base de poliéster en sus componentes.

Solo se necesitan tres cosas:plástico, hidrógeno y el catalizador. Una ventaja importante es que uno de los componentes en los que se descompone el plástico es el ácido tereftálico, un químico que se usa para producir plástico. Con el método Northwestern, no es necesario regresar al petróleo y la producción y separación de xilenos, costosa y que consume mucha energía.

"Podemos hacerlo mucho mejor que empezar de cero cuando hacemos botellas de plástico", dijo Omar Farha, profesor de química en la Facultad de Artes y Ciencias de Weinberg. Es el autor correspondiente del estudio. "Nuestro proceso es mucho más limpio".

El trabajo fue publicado recientemente en la revista Angewandte Chemie International Edition .

Los investigadores eligieron un MOF basado en circonio llamado UiO-66 porque es fácil de fabricar, escalable y económico. Yufang Wu, la primera autora del estudio y estudiante graduada visitante en el grupo de Farha, usó el plástico que tenía más a mano:las botellas de agua de plástico que sus colegas en el laboratorio habían desechado. Los cortó, calentó el plástico y aplicó el catalizador.

"El MOF se desempeñó incluso mejor de lo que esperábamos", dijo Farha. "Encontramos que el catalizador era muy selectivo y robusto. Ni el color de la botella de plástico ni los diferentes plásticos con los que se fabricaron las tapas de las botellas afectaron la eficiencia del catalizador. Y el método no requiere solventes orgánicos, lo cual es una ventaja". ."

¿Qué son los MOF?

Una clase de materiales de tamaño nanométrico, los MOF han sido ampliamente investigados debido a sus estructuras altamente ordenadas. Farha ha estudiado los MOF durante más de una década y demostró anteriormente que pueden usarse para destruir agentes nerviosos tóxicos. En el estudio actual, dijo Farha, los MOF actúan de manera muy similar:rompen un enlace de éster para degradar el tereftalato de polietileno (PET). Este plástico es uno de los plásticos de consumo más populares en todo el mundo.

"Hemos estado usando MOF de circonio para degradar los agentes nerviosos durante años", dijo Farha. "Luego, el equipo se preguntó si estos MOF también podrían degradar el plástico a pesar de que las reacciones y el mecanismo son diferentes. Esa curiosidad condujo a nuestros hallazgos recientes".

"Esta investigación ayuda a abordar los desafíos de larga data asociados con los desechos plásticos y abre nuevas áreas y aplicaciones para los MOF", dijo Farha.

Imagina Tinkertoys

Los MOF están hechos de moléculas orgánicas e iones metálicos o grupos que se autoensamblan para formar marcos porosos multidimensionales, altamente cristalinos. Para imaginar la estructura de un MOF, dijo Farha, imagine un conjunto de Tinkertoys en los que los iones o grupos metálicos sean los nodos circulares o cuadrados y las moléculas orgánicas sean las varillas que mantienen unidos los nodos.

Además de ser fácil de fabricar, escalable y económico, otra ventaja de UiO-66 es que el enlazador orgánico de MOF, el ácido tereftálico (TA), es lo que se obtiene al descomponer el plástico.

Los estudios de caracterización estructural revelaron que durante el proceso de degradación, UiO-66 sufre una transformación interesante en otro MOF basado en circonio llamado MIL-140A. This MOF also showed great catalytic activity toward PET degradation.

The title of the paper is "Catalytic Degradation of Polyethylene Terephthalate Using a Phase-Transitional Zirconium-Based Metal-Organic Framework." + Explora más

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