Химики РУДН синтезировали и исследовали каталитическую активность ванадатов и ванадитов некоторых редкоземельных металлов (РЗМ) в процессах термокаталитической переработки полиолефиновых пластиковых отходов. Оказалось, что применение катализатора значительно увеличивает количество и меняет состав образующихся газов, которые выделяются в ходе пиролиза.

При этом выбор катализатора позволяет с высоким выходом получать легкие олефины (этилен, пропилен, бутилен и др.) либо кардинально изменять природу образующихся конечных продуктов (синтез-газ). Результаты исследований могут быть использованы для создания современных технологий переработки полимерных отходов с целью получения важных продуктов и полупродуктов для химического и нефтехимического синтеза.

Вопросы обращения с пластиковыми отходами одни из самых актуальных в современной науке и технологии. При этом сжигание и захоронение пластиковых отходов не являются эффективными методами их переработки. Например, в результате сжигания полимерных отходов может быть получено полезное тепло, но при этом полностью уничтожаются органические составляющие, которые могли быть более эффективно использованы при реализации термокаталитических технологий.

Действительно, разложение пластика в присутствии определенных катализаторов без кислорода при умеренной температуре и давлении способно дать значительное количество газообразных и жидких продуктов, которые могут быть применены в качестве исходного сырья для синтеза химической продукции или моторного топлива.

Химики РУДН экспериментально выяснили, что использование ванадатов и ванадитов редкоземельных металлов в качестве катализаторов значительно увеличивает выход легких олефинов, а также способно кардинально менять состав конечных продуктов переработки.

«Большинство пластмасс не поддаются биологическому разложению. Поэтому для переработки пластиковых отходов необходимо внедрять новые технологии, снижающие их негативное воздействие на окружающую среду. Один из вариантов полезного использования пластиковых отходов может быть достигнут за счет применения термокаталитических технологий. Мы активно занимаемся синтезом новых катализаторов на основе различных соединений редкоземельных металлов и вопросами их практического использования с целью увеличения эффективности переработки полимерных отходов в полезные химические продукты. Полученный нами результат свидетельствует о возможности реализации этой стратегии», — рассказал руководитель проекта, доктор химических наук Александр Чередниченко, заведующий кафедрой физической и коллоидной химии РУДН.

В эксперименте химики РУДН исследовали четыре типа наиболее известных пластиковых отходов: полиэтилен (ПЭ), полипропилен (ПП), полиэтилентерефталат (ПЭТ) и поливинилхлорид (ПВХ). Эти полимерные материалы часто используются для изготовления продукции промышленного и бытового назначения. В ходе эксперимента предварительно измельченный пластик загружали в кварцевый реактор вместе с катализатором и нагревали в потоке азота, постепенно поднимая температуру с 25 °С до 750 °С.

Образующиеся в ходе реакции продукты анализировали и сравнили с аналогичными результатами для пиролиза без катализатора.

Оказалось, что применение ванадатов и ванадитов редкоземельных металлов меняет состав газовых отходов пиролиза. Например, без катализатора при пиролизе полиэтилена выделяется около 5% пропилена, а при термокаталитическом процессе — до 15%. Пиролиз ПЭТ без катализатора дает около 75% ацетальдегида. В присутствии определенных катализаторов состав конечных продуктов синтеза кардинально меняется и основным продуктом реакции становится синтез-газ (смесь водорода и монооксида углерода). Синтез-газ, в свою очередь, может быть использован для получения разнообразной химической продукции или водорода для энергетики.

Таким образом, в ряду синтезированных катализаторов появляется возможность регулировать состав продуктов пиролиза различных пластиковых отходов.

«Результаты наших исследований с использованием ванадатов и ванадитов редкоземельных металлов дают возможность управлять термокаталитическими процессами переработки пластиковых отходов и получать важные химические продукты», — прокомментировала кандидат химических наук Екатерина Маркова, доцент кафедры физической и коллоидной химии РУДН.

Результаты исследования опубликованы в журнале Catalysis Today.