ฟอร์มาไมด์: สถาบันวิจัยแห่งหนึ่งเสนอแนวคิดการปฏิรูปด้วยแสงของพลาสติก PET เหลือใช้เพื่อผลิตฟอร์มาไมด์

โพลีเอทิลีนเทเรฟทาเลต (PET) ซึ่งเป็นโพลีเอสเตอร์เทอร์โมพลาสติกที่สำคัญ มีปริมาณการผลิตทั่วโลกมากกว่า 70 ล้านตันต่อปี และใช้กันอย่างแพร่หลายในบรรจุภัณฑ์อาหาร สิ่งทอ และสาขาอื่นๆ ในชีวิตประจำวัน อย่างไรก็ตาม เบื้องหลังปริมาณการผลิตมหาศาลนี้ ประมาณ 80% ของขยะ PET ถูกทิ้งอย่างไม่เป็นระเบียบหรือฝังกลบ ทำให้เกิดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมอย่างรุนแรงและนำไปสู่การสูญเสียทรัพยากรคาร์บอนจำนวนมาก การรีไซเคิลขยะ PET จึงกลายเป็นความท้าทายที่สำคัญซึ่งต้องการความก้าวหน้าเพื่อการพัฒนาอย่างยั่งยืนในระดับโลก

ในบรรดาเทคโนโลยีการรีไซเคิลที่มีอยู่ เทคโนโลยีโฟโตรีฟอร์มมิงได้รับความสนใจอย่างมากเนื่องจากเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและอ่อนโยน เทคนิคนี้ใช้พลังงานแสงอาทิตย์ที่สะอาดและไม่ก่อให้เกิดมลพิษเป็นแรงขับเคลื่อน สร้างสารรีดอกซ์ที่ออกฤทธิ์ในแหล่งกำเนิดภายใต้อุณหภูมิและความดันแวดล้อม เพื่ออำนวยความสะดวกในการเปลี่ยนรูปและการเพิ่มมูลค่าของพลาสติกเหลือใช้ อย่างไรก็ตาม ผลิตภัณฑ์จากกระบวนการโฟโตรีฟอร์มมิงในปัจจุบันส่วนใหญ่จำกัดอยู่เพียงสารประกอบที่มีออกซิเจนเป็นองค์ประกอบอย่างง่าย เช่น กรดฟอร์มิกและกรดไกลโคลิก

เมื่อไม่นานมานี้ ทีมวิจัยจากศูนย์การแปลงและสังเคราะห์ทางเคมีแสงแห่งสถาบันในประเทศจีนได้เสนอให้ใช้ขยะ PET และแอมโมเนียเป็นแหล่งคาร์บอนและไนโตรเจนตามลำดับ เพื่อผลิตฟอร์มาไมด์ผ่านปฏิกิริยาการเชื่อมต่อ CN ด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาแสง เพื่อจุดประสงค์นี้ นักวิจัยได้ออกแบบตัวเร่งปฏิกิริยาแสง Pt1Au/TiO2 ในตัวเร่งปฏิกิริยานี้ ตำแหน่ง Pt อะตอมเดี่ยวจะดักจับอิเล็กตรอนที่เกิดจากแสงอย่างเลือกสรร ในขณะที่อนุภาคนาโน Au จะดักจับโฮลที่เกิดจากแสง ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการแยกและการถ่ายโอนคู่ของอิเล็กตรอน-โฮลที่เกิดจากแสงอย่างมีนัยสำคัญ จึงช่วยเพิ่มกิจกรรมการเร่งปฏิกิริยาแสง อัตราการผลิตฟอร์มาไมด์สูงถึงประมาณ 7.1 มิลลิโมลต่อกรัมตัวเร่งปฏิกิริยาต่อชั่วโมง การทดลองต่างๆ เช่น สเปกโทรสโกปีอินฟราเรดแบบในแหล่งกำเนิดและเรโซแนนซ์พาราแมกเนติกของอิเล็กตรอน เผยให้เห็นเส้นทางปฏิกิริยาที่อาศัยอนุมูลอิสระ: โฮลที่เกิดจากแสงจะออกซิไดซ์เอทิลีนไกลคอลและแอมโมเนียพร้อมกัน ทำให้เกิดสารตัวกลางอัลดีไฮด์และอนุมูลอะมิโน (·NH₂) ซึ่งจะเกิดการเชื่อมต่อ CN เพื่อสร้างฟอร์มาไมด์ในที่สุด งานวิจัยนี้ไม่เพียงแต่บุกเบิกเส้นทางใหม่สำหรับการแปรรูปพลาสติกเหลือใช้ให้มีมูลค่าสูง ซึ่งช่วยเพิ่มความหลากหลายของผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการยกระดับ PET เท่านั้น แต่ยังเป็นกลยุทธ์การสังเคราะห์ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ประหยัด และมีอนาคตที่สดใสสำหรับการผลิตสารประกอบที่มีไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบที่สำคัญ เช่น ยาและสารกำจัดศัตรูพืช

ผลการวิจัยที่เกี่ยวข้องได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Angewandte Chemie International Edition ภายใต้ชื่อเรื่อง “การสังเคราะห์ฟอร์มาไมด์ด้วยปฏิกิริยาโฟโตคะตาไลติกจากขยะพลาสติกและแอมโมเนียผ่านการสร้างพันธะ CN ภายใต้สภาวะที่ไม่รุนแรง” งานวิจัยนี้ได้รับการสนับสนุนด้านเงินทุนจากโครงการต่างๆ ที่ได้รับการสนับสนุนจากมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติของจีน กองทุนห้องปฏิบัติการร่วมเพื่อวัสดุใหม่ระหว่างสถาบันวิทยาศาสตร์แห่งประเทศจีนและมหาวิทยาลัยฮ่องกง และแหล่งทุนอื่นๆ