Ученые перерабатывают ранее непригодный для переработки пластик

Переработка – это процесс преобразования отходов в новые продукты. Это помогает сохранить природные ресурсы и сократить количество отходов, отправляемых на свалки. Это простой и эффективный способ уменьшить воздействие отходов на окружающую среду и способствовать устойчивому развитию.

ПВХ, или поливинилхлорид, является широко используемым пластиком в Соединенных Штатах и во всем мире, занимая третье место в мире по объему производства.

Его можно найти в различных повседневных товарах, в том числе в больничном оборудовании, таком как трубки, пакеты для крови и маски, а также в водопроводных трубах. ПВХ также используется в строительных материалах, таких как оконные рамы, отделка домов, сайдинг и напольные покрытия. Кроме того, он используется в покрытиях для электропроводки и в различных предметах, таких как занавески для душа, палатки, брезент и одежда.

Он также имеет нулевой процент переработки в Соединенных Штатах.

Теперь исследователи из Мичиганского университета во главе с первым автором исследования Даниэль Фагнани и главным исследователем Энн Макнил обнаружили способ химической переработки ПВХ в пригодный для использования материал. Самая удачная часть исследования? Исследователи нашли способ использовать фталаты в пластификаторах — одном из самых вредных компонентов ПВХ — в качестве посредника химической реакции. Их результаты опубликованы в журнале Nature Chemistry .

«ПВХ — это пластик, с которым никто не хочет иметь дело, потому что у него есть свой уникальный набор проблем», — сказал Фаньяни, который завершил работу в качестве постдокторанта на химическом факультете UM. «ПВХ обычно содержит много пластификаторов, которые загрязняют все в потоке переработки и обычно очень токсичны. Он также очень быстро выделяет соляную кислоту с небольшим количеством тепла».

Этапы переработки пластика

Пластик обычно перерабатывается путем его плавления и преобразования в материалы более низкого качества в процессе, называемом механической переработкой. Но когда ПВХ нагревается, один из его основных компонентов, называемый пластификаторами, очень легко вымывается из материала, говорит Макнил.

Затем они могут попасть в другие пластмассы в процессе переработки. Кроме того, соляная кислота легко выделяется из ПВХ при нагревании. Он может разъедать перерабатывающее оборудование и вызывать химические ожоги кожи и глаз, что не идеально подходит для рабочих завода по переработке.

Более того, фталаты — распространенный пластификатор — являются высокотоксичными эндокринными разрушителями, что означает, что они могут влиять на гормоны щитовидной железы, гормоны роста и гормоны, связанные с репродукцией у млекопитающих, включая человека.

Итак, чтобы найти способ переработки ПВХ, не требующий тепла, Фаньяни начал изучать электрохимию. Попутно она и ее команда обнаружили, что пластификатор, представляющий одну из основных трудностей переработки, может быть использован в методе разрушения ПВХ. На самом деле пластификатор повышает эффективность метода, а электрохимический способ решает вопрос с соляной кислотой.

• «Мы обнаружили, что он по-прежнему выделяет соляную кислоту, но гораздо медленнее и с более контролируемой скоростью», — сказал Фаньяни.
• По словам Фаньяни, ПВХ — это полимер с углеводородной основой, состоящей из одинарных углерод-углеродных связей. К каждой другой углеродной группе присоединена группа хлора. При тепловой активации соляная кислота быстро высвобождается, в результате чего вдоль основной цепи полимера образуется двойная углерод-углеродная связь.
• Но исследовательская группа вместо этого использует электрохимию, чтобы ввести электрон в систему, что приводит к тому, что система имеет отрицательный заряд. Это разрывает связь углерод-хлорид и приводит к отрицательно заряженному иону хлорида.
• Поскольку исследователи используют электрохимию, они могут измерять скорость, с которой электроны вводятся в систему, что определяет скорость производства соляной кислоты.

Затем кислота может использоваться в промышленности в качестве реагента для других химических реакций. Ионы хлора также можно использовать для хлорирования небольших молекул, называемых аренами. Эти арены могут быть использованы в фармацевтических и сельскохозяйственных компонентах. От полимера остался материал, которому, по словам Макнила, группа все еще ищет применение. Фаньяни говорит, что исследование показывает, как ученые могут думать о химической переработке других сложных материалов.

«Давайте будем стратегически подходящими к добавкам в рецептурах пластмасс. Давайте подумаем о процессе использования и конечном использовании с точки зрения добавок», — сказал Фаньяни, который сейчас работает научным сотрудником в Ashland, компании, занимающейся производством биоразлагаемых специальных добавок для потребительских товаров, таких как стиральные порошки, солнцезащитные кремы, и шампуни. «Текущие члены группы пытаются еще больше повысить эффективность этого процесса».

Проблема неразложившихся материалов

В центре внимания лаборатории Макнейла была разработка способов химической переработки различных видов пластика. Разрушение пластика на составные части может привести к получению неразложившихся материалов, которые промышленность сможет снова использовать в производстве.

«Это неспособность человечества создать эти удивительные материалы, которые во многих отношениях улучшили нашу жизнь, но в то же время быть настолько недальновидным, что мы не думали о том, что делать с отходами», — сказал Макнейл. «В Соединенных Штатах уровень переработки по-прежнему составляет 9%, и это всего лишь несколько видов пластика. И даже для пластика, который мы перерабатываем, это приводит к получению полимеров все более и более низкого качества. Наши бутылки для напитков никогда больше не станут бутылками для напитков. Они становятся текстилем или скамейкой в парке, которая затем оказывается на свалке».

Источник

Метки: пластик