Исследователи из Университета Ньюкасла и Бирмингемского университета разработали экологически чистый и энергосберегающий процесс переработки тефлона. Этот материал, известный как политетрафторэтилен (PTFE), широко используется в производстве антипригарной посуды и промышленных изделий, устойчивых к высоким температурам и агрессивным химикатам. Новое исследование предлагает простой способ разложения одного из самых стойких пластиков и превращения его в ценные химические компоненты.
Команда ученых обнаружила, что использованный тефлон можно расщепить и повторно использовать с помощью металлического натрия и механического воздействия. Процесс протекает при комнатной температуре и не требует применения токсичных растворителей. Результаты исследования, опубликованные в издании Journal of the American Chemical Society, описывают этот метод как низкоэнергетическую и безотходную альтернативу стандартным способам восстановления фтора.
Преподаватель химии в Университете Ньюкасла и автор работы Роли Армстронг пояснил, что открытый ими процесс разрушает прочные углерод-фторные связи в тефлоне, превращая его во фторид натрия. Это вещество широко применяется при производстве зубных паст и для фторирования питьевой воды. По словам ученого, ежегодно в мире производятся сотни тысяч тонн тефлона для создания смазочных материалов и покрытий, однако способов его утилизации крайне мало. Чаще всего отслужившие изделия попадают на свалки, но новая технология позволяет извлекать фтор и создавать из него полезные материалы.
Доцент Бирмингемского университета Эрли Лу отметил важность фтора в современной жизни, так как этот элемент содержится примерно в трети всех новых лекарств и многих современных материалах. Традиционно фтор получают с помощью энергоемких и загрязняющих окружающую среду процессов добычи. Предложенный метод демонстрирует возможность восстановления элемента из бытовых отходов, превращая проблему утилизации в ресурсную возможность.
Политетрафторэтилен ценится за свою устойчивость к теплу и химическим веществам, что делает его ключевым материалом в электронике, кухонной утвари и лабораторном оборудовании. Однако именно эти свойства делают его переработку чрезвычайно сложной. При сжигании PTFE выделяются стойкие загрязнители, известные как «вечные химикаты» (PFAS), которые сохраняются в экосистемах десятилетиями. В результате традиционные методы утилизации создают серьезные риски для окружающей среды и здоровья людей.
Для решения этой проблемы исследователи использовали механохимию – устойчивый подход, в котором химические реакции запускаются механической силой, а не высоким нагревом. В герметичном стальном контейнере, называемом шаровой мельницей, небольшие кусочки металлического натрия перемалываются вместе с тефлоном. Это измельчение заставляет материалы реагировать при комнатной температуре, разрушая связи внутри полимера и образуя безопасный углерод вместе с фторидом натрия.
Команда также продемонстрировала, что полученный таким образом фторид натрия можно использовать сразу, без дополнительной очистки, для синтеза других ценных фторсодержащих соединений, применяемых в фармацевтике и диагностике. Доцент Доминик Кубицкий, возглавляющий группу твердотельного ядерного магнитного резонанса (ЯМР) в Бирмингемском университете, объяснил, что использование передовой спектроскопии позволило изучить реакционную смесь на атомном уровне. Это доказало, что процесс дает чистый продукт без побочных примесей.
Открытие указывает на возможность создания циркулярной системы, в которой фтор восстанавливается из промышленных отходов, а не теряется при утилизации. Такая модель может значительно снизить воздействие на окружающую среду химикатов на основе фтора, играющих важную роль в медицине и возобновляемой энергетике. Исследование также подчеркивает растущую роль механохимии, которая заменяет высокотемпературные реакции механическим движением, открывая новые возможности для устойчивых инноваций.
