Эпоксидные смолы — это покрытия и клеи, используемые в широком спектре привычных областей применения, таких как строительство, машиностроение и производство. Однако их переработка или утилизация часто представляют собой сложную задачу. Впервые группа исследователей, в том числе из Токийского университета, разработала метод эффективного извлечения материалов из ряда эпоксидных продуктов для повторного использования с помощью нового твердого катализатора. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.
Вполне вероятно, что, читая эти строки, вы находитесь в окружении эпоксидных соединений. Они используются в электронных устройствах благодаря своим изоляционным свойствам; в одежде, например обуви, благодаря своим связующим свойствам и физической прочности; в строительстве зданий по той же причине; и даже в корпусах самолетов и лопастях ветряных турбин благодаря их способности содержать прочные материалы, такие как углеродные волокна или стекловолокно. Трудно переоценить значение эпоксидных продуктов в современном мире. Но при всех своих достоинствах они неизбежно имеют и обратную сторону: эпоксидные соединения — это, по сути, пластмассы, и с ними трудно справиться после использования или по окончании срока службы эпоксидосодержащего продукта.
«Например, чтобы разложить армированный волокнами пластик, используемый в авиационных деталях, вам потребуется температура свыше 500 градусов Цельсия, сильные кислоты или щелочи. Все это требует больших затрат энергии, а агрессивные условия могут повредить волокна и материалы, которые вы пытаетесь восстановить», — говорит доцент Сюнцзе Цзинь из Токийского университета. «Для решения этой проблемы перспективен относительно новый процесс под названием каталитический гидрогенолиз, но существующие катализаторы для него нельзя использовать повторно, поскольку они растворяются в жидкости (растворителе), в которой происходит разложение эпоксидной смолы. Поэтому мы создали новый твердый катализатор, который легко восстанавливается и может быть использован повторно».
Профессор Кёко Нозаки с факультета химии и биотехнологий и его команда разработали эффективный и надежный катализатор для разложения эпоксидных соединений на углеродные волокна, стекловолокно и фенольные соединения, которые являются важным сырьем в химической промышленности. Катализатор называется биметаллическим, поскольку в нем используются два металла — никель и палладий, которые нанесены на оксид церия и совместно участвуют в реакциях между эпоксидными смолами и газообразным водородом. Хотя температура реакции должна составлять около 180 градусов Цельсия, потребность в энергии гораздо ниже, чем для создания 500-градусных условий, а более низкие температуры означают, что восстановленные материалы могут быть использованы повторно.
«Мы были рады увидеть экспериментальные результаты, которые полностью совпали с нашими ожиданиями относительно того, как будет работать этот процесс. Мы были приятно удивлены, когда поняли, что катализатор можно использовать повторно по крайней мере пять раз без какого-либо снижения его эффективности», — говорит Цзинь. «Поскольку наш катализатор эффективно расщепляет углеродно-кислородные связи, при модификации он может работать и с другими пластмассами, поскольку они тоже содержат эти связи».
Сейчас команда заинтересована в изучении путей совершенствования методов и материалов, поскольку для того, чтобы сделать катализатор более коммерчески выгодным, может потребоваться определенная доработка.
«Хотя наш катализатор не требует таких высоких температур, все еще есть возможности для улучшения воздействия на окружающую среду растворителя, который мы сейчас используем», — говорит Нозаки. «Мы также хотели бы снизить стоимость, найдя катализатор, не содержащий драгоценных металлов, таких как палладий. Возможно, удастся также расширить спектр материалов, которые можно извлекать из различных эпоксидных соединений, сократив воздействие на окружающую среду этих невероятно универсальных и полезных пластмасс».
[Фото: ©2025 Jin et al. CC-BY-ND]
