Новый процесс переработки может сократить миллионы тонн пластиковых отходов

Многослойные пластмассовые материалы повсеместно используются в упаковке пищевых продуктов и медицинских товаров, особенно потому, что многослойные полимеры могут придавать этим пленкам особые свойства, такие как термостойкость или контроль кислорода и влажности. Но, несмотря на их полезность, эти вездесущие пластмассы невозможно переработать обычными методами.

Ежегодно во всем мире производится около 100 миллионов тонн многослойных термопластов, каждый из которых состоит из 12 слоев различных полимеров. Сорок процентов от этого общего количества составляют отходы самого производственного процесса, и поскольку не было возможности разделить полимеры, почти весь этот пластик попадает на свалки или в мусоросжигательные заводы.

Инженеры Университета Висконсин-Мэдисон первыми разработали метод регенерации полимеров в этих материалах с использованием растворителей, метод, который они назвали переработкой с целевым выделением и осаждением растворителей (STRAP). Их доказательство концепции подробно описано сегодня в журнале Science Advances.

Используя серию промывок растворителем, руководствуясь термодинамическими расчетами растворимости полимера, профессора химической и биологической инженерии из Университета штата Вашингтон Джордж Хубер и Рид Ван Лен и их студенты использовали процесс STRAP для разделения полимеров в промышленном пластике, состоящем из обычных слоистых материалов. полиэтилен, этиленвиниловый спирт и полиэтилентерефталат.

Результат? Разделенные полимеры кажутся химически похожими на те, которые использовались для изготовления исходной пленки.

Теперь команда надеется использовать восстановленные полимеры для создания новых пластиковых материалов, демонстрируя, что этот процесс может помочь замкнуть цикл переработки. В частности, это может позволить производителям многослойного пластика утилизировать 40 процентов пластиковых отходов, образующихся в процессе производства и упаковки.

«Мы продемонстрировали это с помощью одного многослойного пластика», — говорит Хубер. «Нам нужно попробовать другие многослойные пластмассы, и нам нужно масштабировать эту технологию».

По мере того как сложность многослойных пластиков увеличивается, возрастает и трудность определения растворителей, которые могут растворять каждый полимер. Вот почему STRAP полагается на вычислительный подход, использованный Ван Леном, который называется Conductor-like Screening Model для реалистичных растворителей (COSMO-RS), чтобы направлять процесс.

COSMO-RS может рассчитывать растворимость целевых полимеров в смесях растворителей при различных температурах, сужая число потенциальных растворителей, которые могут растворить полимер. Затем группа может экспериментально изучить возможные растворители.

«Это позволяет нам решать эти гораздо более сложные системы, что необходимо, если вы действительно собираетесь нанести удар по миру вторичной переработки», — говорит Ван Лен.

Цель состоит в том, чтобы в конечном итоге разработать вычислительную систему, которая позволит исследователям находить комбинации растворителей для переработки всех видов многослойных пластиков. Команда также надеется изучить влияние используемых растворителей на окружающую среду и создать базу данных зеленых растворителей, которая позволит им лучше сбалансировать эффективность, стоимость и воздействие на окружающую среду различных систем растворителей.

Проект основан на опыте UW-Madison в области катализа. На протяжении десятилетий университетские исследователи в области химической и биологической инженерии первыми изобрели реакции на основе растворителей для преобразования биомассы, такой как древесина или сельскохозяйственные отходы, в полезные химические вещества или прекурсоры топлива. Большая часть этих знаний также используется для вторичной переработки полимеров на основе растворителей.

Команда продолжает свои исследования по переработке STRAP в недавно созданном Мультиуниверситетском центре химической переработки пластиковых отходов, которым руководит Хубер. Исследователи из центра, финансируемого Министерством энергетики США с бюджетом в 12,5 миллионов долларов, исследуют несколько химических путей восстановления и переработки полимеров.

Источник

Метки: пластик