Naučnici sa Tehnološkog instituta u Nagoji razvili su materijal koji koristi plastični otpad kao sirovinu za izradu višenamjenskog katalizatora sposoban da pročisti vodu i ukloni teške metale. Rad, kojim predvodi vanredni profesor Takaši Širai, zajedno sa dr Kunihikom Katoom, dr Junzijem Sinom i Juping Sjuom, pokazuje značajan potencijal za primjenu u održivim tehnologijama pročišćavanja vode. Izvorni članak objavljen je u ACS Applied Materials & Interfaces.
Tim je razvio proces sinteze pomoću mehaničko-hemijskog postupka u kugličnom mlinu, optimizujući parametre mlevenja kako bi pretvorili mješavinu molibden trioksida (MoO₃) i polipropilena iz reciklirane plastike u kompozitne čestice koje sadrže vodonik-molibden bronzu (HₓMoO₃–y), molibden dioksid (MoO₂) i aktivni ugalj. Ovi sastojci zajedno čine moćan katalizator koji može koristiti solarnu energiju i efikasno djelovati na zagađivače u vodi.
Zanimljivost kompozitnih čestica leži u njihovim optičkim karakteristikama: apsorbuju širok spektar svjetlosti, od ultraljubičaste, preko vidljive, do infracrvene. To im omogućava da pod utjecajem sunčeve svjetlosti pokrenu fotokatalitičko razlaganje organskih zagađivača. Kada nema svjetlosti, te iste čestice djeluju kao Brønsted‑kiseli katalizatori, katalitički pospješujući hemijske reakcije koje razlažu zagađujuće molekule čak i u potpunom mraku.
Još jedna impresivna osobina ovih čestica je njihova plazmonička aktivnost, koja izaziva snažan fototermalni efekat: kada su izložene suncu, materijal brzo apsorbuje toplotu i zagrijava se, što ubrzava isparavanje zagađene vode. Ovaj pristup naziva se fototermalna interfejs-evaporacija, voda isparava pod utjecajem toplote proizvedene plazmoničkim efektima, a zatim kondenzuje u čistu, pitku vodu.
Aktivni ugalj, koji nastaje kao nusproizvod procesa mlevenja, služi za adsorpciju jona teških metala čak i bez svjetlosti. Teški metali se vežu za površinu uglja i uklanjaju iz vode, čime se efikasno kombinuju različiti mehanizmi čišćenja.
Profesor Širai ističe da je postupak ne samo vrlo efikasan u potrošnji energije, već i relativno jeftin, budući da koristi otpadne sirovine (plastiku) i ne zavisi od skupih materijala. Zahvaljujući tome, pristup bi mogao biti primijenjen na većoj skali, posebno u regionima gdje je pristup čistoj pitkoj vodi izazov.
Tim planira dodatno unaprijediti proces mlevenja kako bi razvio slične „sve-u-jednom“ katalizatore, ali sa drugim oksidima i vrstama plastike. Cilj je stvoriti održive tehnologije koje ne samo da recikliraju plastiku, već i pomažu u obezbjeđivanju čiste vode, istovremeno smanjujući zagađenje i troškove proizvodnje.
Ovo istraživanje predstavlja značajan korak naprijed u upravljanju plastičnim otpadom i tehnologiji pročišćavanja vode: umjesto da plastika bude samo problem, ona postaje vrijedan resurs. Takaši Širai i njegov tim pokazuju da je moguće pretvoriti otpad u korisno, koristeći hemijsku mašineriju i energiju sunca da obezbijede čistu vodu na održiv način.