ДОСЛІДЖЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ НИЗЬКОТЕМПЕРАТУРНОГО КАТАЛІТИЧНОГО РОЗКЛАДУ ПОЛІСТИРОЛУ З ВИКОРИСТАННЯМ КАТАЛІЗАТОРІВ НА ОСНОВІ АЛЮМОСИЛІКАТІВ
DOI:
https://doi.org/10.15407/scine22.01.083Ключові слова:
полістирол, каталітичний крекінг, низькотемпературний процес, алюмосилікати, природний цеоліт, газорідинна хроматографіяАнотація
Вступ. Глобальна криза забруднення пластиком вимагає ефективних стратегій його переробки для зменшення шкоди довкіллю. Зокрема, особливу проблему становить полістирол через свою хімічну інертність та стійкість до природного розкладання.
Проблематика. Незважаючи на досягнення у галузі каталітичної деполімеризації, висока вартість і дефіцит металів платинової групи перешкоджають їх широкомасштабному застосуванню. Перехідні метали
є доступними і ефективними каталізаторами, проте залишається прогалина у розумінні того, як склад
каталізатора та умови процесу впливають на ефективність розкладання полістиролу.
Мета. Дослідження ефективності синтетичних та природних алюмосилікатних каталізаторів у низькотемпературному каталітичному розкладанні полістиролу.
Матеріали й методи. Каталізатори було підготовлено шляхом кислотної обробки (для природного цеоліту) та просочення солями Ni й Co (для синтетичного цеоліту Y-типу). Рентгенівська дифракція, низькотемпературна адсорбція-десорбція азоту характеризували структуру та пористість каталізатора. Каталітичний розпад полістиролу (при 169—200 0C) виконано під зниженим тиском або при потоці H2—N2 (1:1).
Результати. За зниженого тиску кислотно-активований природний цеоліт (Zeo-1) досяг найвищого загального відсотка цільових сполук (до 72 %), що особливо помітно для метилстиролу (32,5 %). В атмосфері водню загальний вихід цінних продуктів збільшився (до 78 % для деяких каталізаторів), хоча загальний вихід рідкої фази зменшився. Каталізатори, що містять кобальт, особливо сприяли гідруванню стиролу до етилбензолу. Природні цеоліти продемонстрували майже однакову ефективність із синтетичними алюмосилікатами при розкладанні пластику. Запропоновані механізми реакції свідчать про те, що перехідні метали (Ni, Co) посилюють розрив зв’язків C—C, що призводить до утворення цінних мономерів і частково гідрованих продуктів.
Висновки. Отримані дані відкривають шлях до розробки економічно ефективних високопродуктивних каталізаторів для утилізації полістиролу.
Завантаження
Посилання
Williams, A. T., Rangel-Buitrago, N. (2022). The past, present, and future of plastic pollution. Marine Pollution Bulletin, 176, 113429. https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2022.113429
Yanushevska, O., Dontsova, T., Krymets, G., Kyrii, S., Krasuliak, O., Dorozhko, K. (2023). Prospects for the ca talytic conversion of plastic waste. In Springer Proceedings in Physics, 280, 73—82. https://doi.org/10.1007/978- 3-031-18104-7_5
Kyrii, S., Dontsova, T., Karaschuk, O., Yanushevska, O. (2023). State of the art of microplastic and nanoplastic pollution: Origin and removal methods. In Springer Proceedings in Physics, 279, 229—241. https://doi.org/10. 1007/978-3-031-18096-5_12
Hou, Q., Zhen, M., Qian, H., Nie, Y., Bai, X., Xia, T., Rehman, M. L. U., Li, Q., Ju, M. (2021). Upcycling and catalytic degradation of plastic wastes. Cell Reports Physical Science, 2(8), 100514. https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2021.100514
Kibsgaard, J., Chorkendorff, I. (2019). Considerations for the scaling-up of water splitting catalysts. Nature Energy, 4, 430—433. https://doi.org/10.1038/s41560-019-0407-1
Kolotilov, S. V. (2023). Prospects for reducing the content of platinum metals in catalysts for the hydrogenation of organic compounds. Visnyk of the National Academy of Sciences of Ukraine, 4, 85—91 [in Ukrainian]. https://doi.org/10.15407/visn2023.04.085
Zhou, Q.-L. (2015). Transition-metal catalysis and organocatalysis: Where can progress be expected? An gewandte Chemie International Edition, 55(18), 5352—5353. https://doi.org/10.1002/anie.201509164
Edla, R., Gupta, S., Patel, N., Bazzanella, N., Fernandes, R., Kothari, D. C., & Miotello, A. (2016). Enhanced H2 production from hydrolysis of sodium borohydride using Co3O4 nanoparticle assembled coatings prepared by pulsed laser deposition. Applied Catalysis A: General, 515, 1—9. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2016.01.031
Popat, Y., Orlandi, M., Patel, N., Edla, R., Bazzanella, N., Gupta, S., Yadav, M., …, Miotello, A. (2019). Pulsed laser deposition of CoFe2O4/CoO hierarchical-type nanostructured heterojunction forming a Z-scheme for efficient spatial separation of photoinduced electron-hole pairs and highly active surface area. Applied Surface Science, 489, 584—594. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2019.05.314
Gupta, S., Fernandes, R., Patel, R., Spreitzer, M., Patel, N. (2023). A review of cobalt-based catalysts for sus tainable energy and environmental applications. Applied Catalysis A: General, 661, 119254. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2023.119254
Zhang, X., Xu, S., Tang, J., Fu, L., Karimi-Maleh, H. (2022). Sustainably recycling and upcycling single-use plastic wastes through heterogeneous catalysis. Catalysts, 12(8), 818. https://doi.org/10.3390/catal12080818
Yao, D., Yang, H., Chen, H., Williams, P. T. (2018). Co-precipitation, impregnation and sol-gel preparation of Ni catalysts for pyrolysis-catalytic steam reforming of waste plastics. Applied Catalysis B: Environmental, 239, 565—577. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2018.07.075
Li, R., Zhang, Z., Liang, X., Shen, J., Wang, J., Sun, W., Wang, D., Jiang, J., Li, Y. (2023). Polystyrene waste thermochemical hydrogenation to ethylbenzene by an N-bridged Co, Ni dual-atom catalyst. Journal of the American Chemical Society, 145(29), 16218—16227. https://doi.org/10.1021/jacs.3c05184
Pavlovskyi, D. O., Krymets, H. V., Yanushevska, O. I., Levandovskyi, I. A., Dontsova, T. A. (2024). Perspectives of low-temperature atmospheric pressure catalytic decomposition of polystyrene. Journal of Chemical Tech nology, 32(2), 276—283. https://doi.org/10.15421/jchemtech.v32i2.286999
Kurylenko, V., Yanushevska, O., Dontsova, T. (2025). Dependence of the catalytic activity of zeolite catalysts on the type of modification in the low-temperature cracking of polystyrene. Technology Audit and Production Reserves, 1(3(81)), Article 3(81). https://doi.org/10.15587/2706-5448.2025.323963
Marczewski, M., Kaminska, E., Marczewska, H., Godek, M., Rokicki, G., Sokołowski, J. (2013). Catalytic decomposition of polystyrene. The role of acid and basic active centers. Appl. Catal. B, 129, 236—246. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2012.09.027
Huang, J., Cheng, X., Meng, H., Pan, G., Wang, S., Wang, D. (2020). Density functional theory study on the catalytic degradation mechanism of polystyrene. AIP Advances, 10(8), 85004. https://doi.org/10.1063/5.0013211
Corma, A. (1995). Inorganic Solid Acids and Their Use in Acid-Catalyzed Hydrocarbon Reactions. Chem. Rev., 95(5), 559—614. https://doi.org/10.1021/cr00035a006
Jinbao, H., Xinsheng, L., Hanxian, M., Hong, T., Xunming, C., Jiangtao, L. (2020). Studies on pyrolysis me chanisms of syndiotactic polystyrene using DFT method. Chem. Phys. Lett., 747, 137334. https://doi.org/10.1016/j.cplett.2020.137334
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 Положення про авторські права Автори, які публікуються у журналі «Наука та інновації», погоджуються на такі умови: Автори зберігають авторські права та надають журналу право першої публікації. Автори можуть вступати в окремі, додаткові договірні угоди для не ексклюзивного розповсюдження надрукованої у журналі «Наука та інновації» версії своєї роботи (статті) (наприклад, розмістити її в інституційному сховищі або опублікувати в своїй книзі), із підтвердженням її первинної публікації у журналі «Наука та інновації». Авторам дозволено розміщувати свою роботу в Інтернеті (наприклад, в інституційних сховищах або на їх веб-сайті).
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
