„Постоји много група које развијају нову хемију, које се боре да знају за коју ће апликацију бити најбоља. И постоји много група које раде на важним проблемима без фундаменталних иновација на фронту реактивности или селективности“, каже Франк Леибфартх. Али он напредује на оба фронта.
Лајбфартова филозофија је да користи и развија синтетичку хемију за једноставно решавање друштвених изазова. Овај приступ је резултирао новим начинима за прераду пластике и уклањање ПФАС из воде за пиће.
Он сматра да му је мало неконвенционална рута обуке помогла да тако ефикасно делује на раскрсници фундаменталне и примењене хемије полимера. Стекао је докторат из хемије полимера, а затим се преселио – противно препоруци свог докторског саветника – на постдокторат из органске хемије. „Органска хемија, као што можда знате, је веома застрашујуће поље препуно традиционално веома великих личности. Убацити се као аутсајдер био је велики скок.’
Данас он води групу од око 20 људи на Универзитету Северне Каролине у Чепел Хилу са јасном мисијом: ‘Желимо да будемо једна од најбољих група за хемију полимера на међународном нивоу.’ Подржавање те мисије је оно што Лајбфарт назива „посебним сосом“ лабораторије: начин на који теже реактивности. „Разматрамо реактивност, обично у медицинској хемији или старијој физичкој органској литератури, и размишљамо како би то могло утицати на науку о полимерима“, каже он.
Тај приступ функционише јер је група намерно интердисциплинарна. Развија нове катализаторе, али је такође ‘проклето добар’ у карактеризацији нових материјала. „Ако материјал има одређено својство, знамо којој апликацији одговара, шта је важно у тој апликацији и како да подесимо материјал да би тамо стигао“, објашњава он.
Од смећа до блага
Кључни фокус истраживања групе Леибфартх је прерада полимера. На пример, развили су општу стратегију за функционализацију алифатичних Ц(сп³)–Х веза, које могу створити еластомере са затезним својствима полиолефинских јономера из пластичног отпада након употребе.
Процес је инспирисан начином на који медицински хемичари примењују касну функционализацију на молекуле сличне леку и користе стабилну на полици О-алкенилхидроксамат реагенс који, под благим загревањем или видљивом светлошћу, ствара радикале у центру азота.1 Ови радикали апстрахују водоник из алифатичних Ц–Х веза да би формирали угљеничне радикале који затим реагују са спољним агенсом за хватање, омогућавајући да се инсталирају различите функционалне групе, као што су карбоксилати за прављење полиолефинских јономера или енамини за прављење полимерних мрежа које се могу поново прерадити. Тим је демонстрирао овај приступ претварањем полиетиленске пене након употребе у полиолефинске јономере. Значајно је да процес функционише у реактивном екструдеру без икаквог растварача – техника која се широко користи за производњу других полимера.
Желимо да будемо једна од најбољих група за хемију полимера на међународном нивоу
„Мислим да је то врло јасан пример упцицлинга… то је директан начин да се нешто без вредности претвори у нешто знатно вредније“, каже Лајбфарт.
Али док реагенс може успешно да уведе нове функционалне групе без деградације матичног полимера, што је раније представљало ограничење на терену, Лајбфарт је унапред рекао да је тренутно прескуп и потребан при непрактично високим оптерећењима. „То су ствари на којима дефинитивно радимо“, каже он.
Још један део рада групе на поновном циклусу фокусира се на претварање отпадних полиолефина у витримере – материјале који комбинују издржљивост умрежених полимера са могућношћу поновне обраде термопласта.2 Традиционално, витримери се праве мешањем и очвршћавањем специјалних мономера, али Лајбфартова група може да их направи коришћењем Ц–Х функционализације да би додала групе за умрежавање полиетилену и полипропилену. За разлику од конвенционалних витримера, који често пузе током времена, ови материјали су отпорни на деформацију захваљујући унакрсним везама организованим у дискретне домене одвојене кристалним регионима.
Циљање ПФАС
Лајбфарт је такође познат по свом раду на развоју адсорбената за уклањање ПФАС из воде за пиће. То је почело након што је представник државне владе присуствовао састанку факултета, „што се ретко дешава, као што можете замислити“, да се каже да су нивои ПФАС 70 пута изнад нових регулаторних граница откривени у реци Кејп Феар – главном локалном извору воде за пиће. Тражили су идеје да заувек уклоне ове хемикалије и Лајбфарт је имао једну.3 Комбиновао је два концепта – јонску измену и флуорофилност – да би дао смолу која би могла селективно да извуче ПФАС из воде. То је довело до њега и његовог колеге, инжењера заштите животне средине Орландо Цоронелла од државе је додељено 10 милиона долара за финансирање центра за повећање и тестирање нових материјала у правим постројењима за третман.
Али повећање је значило преиспитивање свега. Оригинална смола коштала је до 1000 долара (743 фунти) по килограму и направљена је од флуорисаних једињења која су сама по себи изазвала забринутост за животну средину. Тако су се Леибфартх и Цоронелл окренули уобичајеним, јефтиним мономерима – иако детаљи остају власничка информација.
У једногодишњим пилот тестовима на четири општинска постројења за пречишћавање воде, нова смола је уклонила кратколанчани ПФАС три пута дуже од активног угља и 40% дуже од најбољих комерцијалних јоноизмењивачких смола без отпуштања заробљеног ПФАС назад у воду, што је недостатак у постојећим системима.
Да би ову технологију изнео на тржиште, Леибфартх је био суоснивач Сорбента са Цоронелл-ом, који је лиценцирао ИП и повећава производњу са килограма на тоне док ради са комуналним предузећима на тестирању извора воде у стварном свету.
Наука која служи
Лајбфартов рад на уклањању ПФАС-а и рециклирању пластике довео је до тога да је именован за лауреата хемијске науке на Националне награде Блаватник за младе научнике у САД 2025. Своје путовање до ове тачке описује као надреално. „Моја мама је била медицинска сестра, тата је возио полуприколицу… Али срећом, кроз образовање су ми се пружиле многе дивне могућности, и осећам да сам их искористио. Када сам добио овај посао, био сам толико узбуђен што имам ствар коју морам да радим сваки дан у којој сам такође уживао.’
„Поносан сам што сам ово урадио на јавном универзитету, посебно са својим ПФАС радом. Препознајем нашу обавезу према народу државе који нам даје доста наших средстава и да радимо истраживања која имају директан утицај на моју заједницу, али и да буду међународно признати по томе, је нешто на шта сам заиста поносан.’
