Силиконовые отходы разложили до исходного сырья: метод берлинских химиков

Химики из Берлинского технического университета научились разбирать бытовые силиконовые изделия до диметилдихлорсилана. Это базовое соединение, из которого силикон производят заново. Статья вышла 28 октября 2026 года в журнале Nature.

Группа под руководством Мартина Острайха проверила процесс на формах для кексов, сосках для бутылочек, крышках и других изделиях. Для отдельных предметов выход диметилдихлорсилана через 24 часа достигал 99%. Смесь разных использованных силиконовых продуктов дала 86%. Реакция шла при 80 градусах Цельсия.

Почему силикон трудно переработать

Силикон устойчив к теплу и химии. В быту это удобно, а на свалке мешает: отработанный силикон чаще сжигают, закапывают или механически измельчают в материал худшего качества. Известные химические способы обычно останавливаются на циклических силоксанах, из которых новый силикон получается с потерей части свойств.

Новый метод разрушает цепочку глубже. Каркас силикона состоит из повторяющихся звеньев кремний-кислород-кремний. Исследователи разрывают эти связи и возвращают диметилдихлорсилан, то есть мономер, из которого цепочку можно собрать заново. Обычное производство такого мономера требует сначала добыть кремний из кварцевого песка при температуре около 2000 градусов.

Ключевую работу выполняет силилиевый ион. Это частица с положительно заряженным атомом кремния. Она забирает хлорид-ион у фосгена, оставляя хлоркарбонильный катион. Именно этот катион разрывает связь кремний-кислород. Кислород уходит в виде углекислого газа, что подтвердили отдельными опытами. Расчёты методом теории функционала плотности согласуются с предложенным механизмом.

Катализатор проверили в пяти последовательных циклах. Каждый раз добавляли свежую порцию силоксана и трифосгена. Полная конверсия сохранялась во всех пяти раундах без заметного падения активности.

Фосген как ограничение

Главная проблема метода в токсичности реагента. Фосген, дифосген и трифосген могут повреждать кожу, глаза, дыхательные пути и лёгкие. В работе использовали твёрдый трифосген, который выделяет фосген только в ходе реакции. Опыты вели в перчаточном боксе или в хорошо вентилируемом вытяжном шкафу. Предусматривали защиту от контакта с токсичными реагентами и от избыточного давления, которое может возникнуть из-за выделения углекислого газа.

В граммовом опыте с силиконовым маслом избыток фосгена погасили 4-диметиламинопиридином, после чего выделили диметилдихлорсилан перегонкой. Выход составил 48% при чистоте 93 молярных процента. Загрязнения фосгеном не обнаружили. По данным ЯМР до выделения выход был 97%, разница связана с потерями при перегонке летучего продукта.

Авторы прямо называют работу концептуальной. Полный промышленный цикл, включающий гидролиз диметилдихлорсилана и повторную полимеризацию, они не проверяли. По их словам, промышленное применение потребовало бы площадки, где фосген производится и сразу используется. Такая практика существует при выпуске полиуретанов и поликарбонатов, но это отдельное инфраструктурное ограничение. Группа уже ищет заменители фосгена. Разработку способов удалять даже малейшие следы фосгена из восстановленного диметилдихлорсилана пока только планируют.

В смешанном образце бытовых изделий после реакции осталась видимая нерастворимая фракция. Вероятно, это наполнители, пигменты или другие компоненты, которые не вступают в реакцию. Для коммерческих изделий точное содержание силикона неизвестно, поэтому выход считали от номинального количества повторяющихся звеньев. Это значит, что реальный выход по чистому силикону может отличаться.

Сравнение помогает понять выгоду. Обычный путь выглядит как разборка готового дома на кирпичи с последующей сортировкой каждого кирпича по отдельности. Новая реакция скорее похожа на аккуратный демонтаж, при котором из стен достают исходные блоки нужной формы. Представим, что старая силиконовая форма для выпечки после переработки даёт партию мономера, из которой можно отлить уже не форму, а медицинскую трубку. Такую смену назначения метод задумывался обеспечить, но до промышленного воплощения ещё далеко. Для тех, кто готовит собственное исследование по химии полимеров, научные статьи помогут оформить результаты.

Команда подала заявку на патент. Исследование опубликовано по ускоренной схеме Nature как работа, значимая для зелёной химии и экономики замкнутого цикла.