Description du projet
De nouvelles méthodes de production de polymères de haute qualité à faible coût
Moins de 9 % du plastique est recyclé, car la technologie de recyclage actuelle produit des matériaux dégradés en raison d’un clivage mécano-chimique indésirable, qui raccourcit le polymère durant des traitements répétés. Le projet IMPACT, financé par le CER, se propose d’utiliser un nouveau catalyseur, les monomères, pour récupérer les éléments constitutifs des polymères et produire des polymères de haute qualité, en se concentrant spécifiquement sur les polyoléfines. En brisant les liaisons carbone-carbone par la force plutôt que par la chaleur, le projet entend réutiliser un broyeur à boulets pour créer des sites catalytiques sur la surface du boulet. Cette approche permettra de réduire les coûts énergétiques et de produire des monomères plus purs à partir des polyoléfines. Le projet entend également appréhender le mécanisme de réaction, développer un modèle prédictif pour les taux de clivage et appliquer le nouveau catalyseur à divers polymères.
Objectif
Less than 9% of plastic is recycled. Currently applied recycling technology yields degraded materials because undesired mechano-chemical bond cleavage shortens the polymer upon repeated processing. Here, I introduce a new type of catalyst to exploit this undesired effect to recover the polymer building blocks, the monomers, which enables the production of new high-quality polymer. I will focus on polyolefins (PP, PE) that make up 50% of polymer production and for which the state-of-the-art pyrolysis process has high energy costs and does not yield pure monomer. That is because at the 600 °C needed to break the strong carbon-carbon (C-C) bonds of PP and PE unwanted reactions occur. Adding a catalyst powder, a known strategy to exert reaction control, is inefficient for polymers because they cannot reach the active sites in the catalyst pores.
I will break the C-C bonds with force instead of heat. The force is provided by collision of balls in a ball mill, a mature grinding technology that I repurpose as reactor to introduce my tunable direct mechano-catalyst: I will chemically treat the surface of the balls to create catalytic, e.g. acid, sites that are in efficient contact with polymer through vigorous ball movement. In our ground-breaking proof-of-concept experiment, we were surprised to see monomer form below 60 °C from PP, and a remarkable 4x increased activity over a traditional catalyst.
To realize the full potential of this new catalytic concept, I will establish the underlying fundamental framework by A) understanding the mechanism of reactions following C-C cleavage, B) developing a predictive model of cleavage rate as a function of temperature and force and C) understanding the synergistic interplay of catalytic spheres and mechano-chemical activation. To achieve this, I will develop a new methodology for in-situ spectroscopy during ball milling in combination with radical trapping and apply the tunable direct mechano-catalysts to a variety of polymers.
Champ scientifique (EuroSciVoc)
CORDIS classe les projets avec EuroSciVoc, une taxonomie multilingue des domaines scientifiques, grâce à un processus semi-automatique basé sur des techniques TLN.
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- sciences naturellessciences chimiquesscience des polymères
- sciences naturellessciences chimiquescatalyse
- sciences naturellessciences physiquesoptiquespectroscopie
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Programme(s)
- HORIZON.1.1 - European Research Council (ERC) Main Programme
Thème(s)
Régime de financement
HORIZON-ERC - HORIZON ERC GrantsInstitution d’accueil
3584 CS Utrecht
Pays-Bas