Създаден е ефективен катализатор за рециклирането на смесени пластмаси

Ваня Милева Последна промяна на 24 октомври 2023 в 00:00 4733 0

Органокатализаторът на ORNL деконструира смесени пластмаси при различни температури, което улеснява възстановяването на отделните им мономери поотделно във форма за многократна употреба. Кредит:

Кредит Jill Hemman/ORNL, U.S. Dept. of Energy

Органокатализаторът на ORNL деконструира смесени пластмаси при различни температури, което улеснява възстановяването на отделните им мономери поотделно във форма за многократна употреба. Кредит:

Малка част от смесените битови пластмаси, изхвърлени или поставени в кошчета за рециклиране, всъщност се рециклират. Близо 90% се заравят в сметища или се изгарят в съоръжения, които генерират парникови газове и токсини във въздуха. Нито един от двата резултата не е идеален за околната среда.

Защо повечето смесени пластмаси не се рециклират?

Обикновено е по-лесно и по-евтино да се правят нови пластмасови продукти, отколкото да се регенерират, сортират и рециклират вече използвани. Конвенционалното рециклиране на смесени пластмаси преди е означавало ръчно или механично разделяне на пластмасите според съставните им полимери.

За да се справят с проблема, учените от Националната лаборатория в Оук Ридж (ORNL - Oak Ridge National Laboratory) на Министерството на енергетиката използват внимателно планиран химически процес, разсейване на неутрони и високотехнологични изчисления, за да разработят нов процес на каталитично рециклиране. Катализаторът селективно и последователно деконструира множество полимери в смесени пластмаси в чисти мономери – молекули, които реагират с други мономерни молекули, за да образуват полимери.

Процесът предлага обещаваща стратегия за борба с пластмасовите отпадъци в световен мащаб, като бутилки, опаковки, пяна и килими.

Анализът на изследователите, публикуван в Materials Horizons, сравнява използването на новия многофункционален катализатор с използването на отделни катализатори за всеки вид пластмаса. Новият катализатор би генерирал до 95% по-малко парникови газове, би изисквал до 94% по-малко вложена енергия и би довел до 96% намаление на потреблението на изкопаеми горива.

"Нашият подход включва адаптиран синтетичен органокатализатор - съединение, състоящо се от малки органични молекули, които улесняват органичните химични трансформации. Органокатализаторът може да преобразува партиди от смесени пластмасови отпадъци в ценни мономери за повторна употреба за производството на пластмаси с търговско качество и други ценни материали", обяснява Томонори Сайто (Tomonori Saito), химик по синтетични полимери в ORNL и съавтор на проучването. "Този изключително ефективен химически процес може да помогне за затваряне на цикъла за рециклиране на смесени пластмаси, като замени мономерите за първа употреба с рециклирани мономери."

"Днес почти всички пластмаси се произвеждат от изкопаеми горива, като се използват мономери за първа употреба, произведени чрез енергоемки процеси. Създаването на такъв затворен цикъл на рециклиране, ако се използва в световен мащаб, би могло да намали годишното потребление на енергия с около 3,5 милиарда барела петрол", добавя Сайто.

Кредит: Materials Horizons (2023). DOI: 10.1039/D3MH00801K

Решение за рециклиране на над 30% от всички пластмаси

Доказано е, че новият органокатализатор ефективно и бързо разгражда множество полимери - за около два часа. Такива полимери се използват в материали като предпазни очила (поликарбонати), пяна (полиуретани), бутилки за вода (полиетилентерефталати) и въжета или рибарски мрежи (полиамиди), които заедно съставляват над 30 % от световното производство на пластмаса. Досега не е доказвано, че един-единствен катализатор може да е ефективен и за четирите вида полимери.

Процесът осигурява много екологични предимства, замествайки агресивните химикали за деконструиране на полимери, както и предлага добра селективност, термична стабилност, нелетливост и ниска запалимост. Ефективността му спрямо множество полимери го прави полезен и за деконструиране на все по-големи количества многокомпонентни пластмаси, като композити и многослойни опаковки.

За потвърждаване на образуването на деконструирани мономери от отпадъчни пластмаси е използвано разсейване на неутрони под малък ъгъл в съоръжението на ORNL Spallation Neutron Source - SNS, което произвежда неутрони със система, базирана на ускорител, която доставя кратки (микросекунди) протонни импулси към мишена. Методът разсейва неутрони под малък ъгъл, за да определи структурата на различни нива на детайлност - от нанометри до части от микрометъра.

Преобразуване на смесени пластмасови полимери в истински рециклирани пластмаси

Органокатализаторът деконструира пластмасите при различни температури, което улеснява последователното възстановяване на отделните мономери поотделно, във вид за повторна употреба. Поликарбонатите се разграждат при 130°С, полиуретаните - при 160°С, полиетилентерефталатите - при 180°С, а полиамидите - при 210°С. Други пластмаси, добавки и съпътстващи материали, като памук и пластмасови торбички, остават непокътнати поради разликите в реактивността им и впоследствие могат да бъдат възстановени.

"Деконструираните мономери и органокатализаторът са разтворими във вода, така че можем да ги прехвърлим във вода, където всички примеси като пигменти могат да бъдат отстранени чрез филтриране", пояснява Ариф Заман (Arif Zaman), водещ автор на изследването, бивш постдокторант по синтетична органична химия в ORNL и главен изпълнителен директор и основател на компанията Re-Du.

"След това почти чистите мономери се извличат, като се оставя катализаторът, който се възстановява почти изцяло чрез изпаряване на водата и може да бъде директно използван повторно за множество цикли на деконструкция."

Справка: Md Arifuzzaman et al, Selective deconstruction of mixed plastics by a tailored organocatalyst, Materials Horizons (2023). DOI: 10.1039/D3MH00801K

Източник: Scientists close the cycle on recycling mixed plastics, Paul L Boisvert , Oak Ridge National Laboratory

Най-важното
Всички новини
За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

Няма коментари към тази новина !