Хіміки з Китаю застосували пористий цеоліт як каталізатор деполімеризації поліетилену високої щільності. Вони навчилися отримувати з нього суміші розгалужених алканів з октановим числом 88, а також дослідили механізм деполімеризації. Як пишуть автори статті в Nature Chemistry, головна перевага їхньої методики – відсутність додаткових реагентів.
Поліетилен складається з довгих ланцюгів атомів вуглецю, пов’язаних один з одним одинарними зв’язками. Він дуже популярний для виробництва пакувальних матеріалів завдяки своїй міцності та хімічній стійкості – звичайний поліетилен не реагує з неорганічними кислотами та лугами. Зараз світова хімічна промисловість виробляє близько 100 мільйонів тонн поліетилену на рік, тож навчитися переробляти його на корисні речовини – важливе завдання для хіміків.
Цікаве рішення запропонували вчені під керівництвом Хань Бу Сіна (Han Buxing) з Інституту хімії Китайської академії наук. Вони застосували вже відомий матеріал – шаруватий цеоліт LSP-Z100 – для перетворення поліетилену на суміш розгалужених алканів, яку можна використовувати як автомобільне паливо.
Для отримання цеоліту хіміки змішали у воді ізопропоксид алюмінію Al(Oi-Pr)3, триетилортосилікат Si(OEt)4, гідроксид тетрабутиламонію NBu4OHі гідроксид натрію NaOH. Отриману суміш учені перемішували 12 годин, а потім нагрівали кілька днів при 115 градусах Цельсія. Далі промитий і висушений продукт LSP-Z100 хіміки застосували для деполімеризації поліетилену.
Вчені виявили, що якщо нагрівати поліетилен з LSP-Z100 в автоклаві за 240 градусів Цельсія впродовж чотирьох годин, можна отримати суміш розгалужених алканів з октановим числом 88 і дуже низьким вмістом ненасичених вуглеводнів. При цьому вихід реакції становив 81 відсоток, а селективність утворення алканів – 99 відсотків.
Щоб зрозуміти, як поліетилен перетворюється на насичені алкани, хіміки вивчили твердий залишок, що утворився під час реакції. Для цього вони розчинили зразок відпрацьованого каталізатора в плавиковій кислоті, а все, що не розчинилося, екстрагували хлористим метиленом. Отриманий розчин учені проаналізували за допомогою ЯМР-спектроскопії та мас-спектрометрії.
З’ясувалося, що твердий залишок складається в основному з важких циклічних і ароматичних вуглеводнів. Виходячи з цього вчені зробили висновок, що в процесі реакції утворюються розгалужені алкени, які можуть гідруватися до алканів воднем. А водень утворюється з олігомерів етилену, які, своєю чергою, перетворюються на важкі ненасичені вуглеводні.
Таким чином, хіміки знайшли зручний спосіб отримання бензину з поліетилену. Як вважають учені, деполімеризація відбувалася завдяки трикоординованим алюмінієвим центрам, розташованим у порах цеоліту. Під час взаємодії з ними зв’язки вуглець-вуглець у поліетилені розривалися через високу льюїсівську кислотність атомів алюмінію.