Эпоксидные смолы используются в качестве покрытий и клеевых составов в различных сферах, включая строительство, машиностроение и производство. Однако их переработка и утилизация часто представляют собой серьезную проблему.

С высокой долей вероятности вас окружают эпоксидные соединения прямо сейчас. Они используются в электронных устройствах благодаря своим изолирующим свойствам, в одежде, такой как обувь, из-за их клеящих характеристик и прочности, в строительстве по той же причине, а также в корпусах самолетов и лопастях ветряных турбин, поскольку могут удерживать прочные материалы, такие как углеродное или стекловолокно.

Трудно переоценить значение эпоксидных продуктов в современном мире. Однако, несмотря на их широкое применение, у них есть и серьезный недостаток: эпоксидные соединения по сути являются пластиком, и их переработка или утилизация после использования представляют сложную задачу.

«Например, для разложения армированных стекловолокном пластиков, применяемых в деталях самолетов, требуются температуры выше 500 градусов Цельсия или агрессивные кислотные и щелочные условия. Это требует значительных энергетических затрат, а также может повредить волокна и другие материалы, которые мы хотели бы сохранить», — объясняет доцент Сюнцзе Цзинь из Токийского университета.

«Для решения этой проблемы перспективным методом является каталитический гидрогенолиз, однако существующие катализаторы для него трудно использовать повторно, так как они растворяются в процессе разложения эпоксидных смол. Поэтому мы создали новый твердый катализатор, который легко извлекать и использовать повторно».

Доцент Сюнцзе Цзинь и профессор Кёко Нозаки из кафедры химии и биотехнологии вместе со своей командой разработали эффективный и устойчивый катализатор, позволяющий разлагать эпоксидные соединения на углеродные и стекловолокна, а также фенольные соединения — важные сырьевые материалы для химической промышленности.

Этот катализатор называется биметаллическим, так как в его состав входят два металла — никель и палладий, которые нанесены на оксид церия. Они совместно катализируют реакции между эпоксидными смолами и водородом.

Хотя процесс требует температуры около 180 градусов Цельсия, это значительно ниже, чем 500-градусные условия, необходимые в традиционных методах. Более низкая температура также позволяет сохранить восстановленные материалы в пригодном для повторного использования состоянии.

«Мы были рады увидеть, что экспериментальные результаты практически полностью соответствовали нашим прогнозам относительно работы этого процесса. Но особенно приятно нас удивило то, что катализатор можно использовать как минимум пять раз без потери эффективности», — отметил Цзинь.

«Наш катализатор эффективно разрывает связи углерод-кислород, и с некоторыми модификациями он, возможно, сможет работать и с другими видами пластмасс, поскольку они также содержат такие связи», — объясняют исследователи.

Теперь команда стремится улучшить свои методы и материалы, поскольку для коммерческого применения технологии все еще требуется дальнейшая доработка.

«Хотя наш катализатор работает при относительно низких температурах, у нас остается возможность снизить его воздействие на окружающую среду, в частности за счет замены используемого растворителя», — отметила Нозаки.

«Мы также хотели бы снизить стоимость процесса, найдя катализатор без драгоценных металлов, таких как палладий. Кроме того, возможно, удастся расширить перечень материалов, которые можно извлекать из различных эпоксидных соединений, тем самым уменьшая экологический ущерб от этих чрезвычайно полезных и универсальных пластмасс».