Новости космоса и технологий. » Химия » Исследователи разрабатывают эффективный и энергоэффективный метод вторичной переработки полиэтиленовых пластиковых отходов в ценные молекулы

Исследователи разрабатывают эффективный и энергоэффективный метод вторичной переработки полиэтиленовых пластиковых отходов в ценные молекулы

Опубликовал: Admin, 24-10-2020, 01:01, Химия, 44, 0

Исследователи разрабатывают эффективный и энергоэффективный метод вторичной переработки полиэтиленовых пластиковых отходов в ценные молекулы

Когда мы начали использовать пластмассы около 70 лет назад, почти не задумывались - если вообще думали - о последствиях их продолжительности жизни и того факта, что они могут разлагаться веками. Следовательно, по мере того как пластмассы стали более разнообразными и их стало легче производить, на планете сейчас приходится около 83 миллиарда тонн материала - почти каждого кусочка пластика, когда-либо произведенного - без достаточных технологий или стимулов для уменьшения этой растущей груды. Пластик дешевле, и его легче производить и выбрасывать, чем перерабатывать.

Исследователи Калифорнийского университета в Санта-Барбаре Сюзанна Скотт и Махди Абу-Омар готовы изменить эту многолетнюю парадигму. Как? С помощью низкотемпературного каталитического метода в одной емкости, который превращает полиэтилен - полимер, который содержится примерно в трети всех производимых пластмасс, с глобальной стоимостью около 200 миллиардов долларов в год, - в ценные алкилароматические молекулы, которые являются основой многие промышленные химикаты и товары народного потребления . Повышение ценности того, что в противном случае превратилось бы в мусор, может сделать переработку пластиковых отходов более привлекательным и практичным занятием с экологически благоприятным результатом.

«Вот потенциальное решение», - сказала Скотт, которая вместе со своими коллегами опубликовала свое исследование в журнале Наука . Их усилия, по ее словам, являются одними из растущего списка возможных мер, которые можно предпринять, чтобы превратить линейную расточительную экономику пластика в более устойчивую и замкнутую.

«Это демонстрация того, что можно сделать», - сказала она.

Вторая жизнь пластиковых отходов

Нельзя отрицать, что современное существование во многом обязано пластику: от упаковки, которая сохраняет продукты свежими, до стерильных материалов, используемых в медицине, до дешевых и легких деталей, которые входят во многие из наших доступных товаров длительного пользования.

«В пластмассах есть много положительных моментов, о которых мы должны помнить», - сказал Скотт, профессор химии и химической инженерии Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, заведующий кафедрой UCSB Mellichamp по устойчивой каталитической переработке. «В то же время мы понимаем, что существует действительно серьезная проблема с окончанием срока службы, которая является непредвиденным последствием».

Исследователи объяснили, что свойство, которое делает пластмассы такими полезными, также делает их такими стойкими. Это их химическая инертность - они обычно не реагируют на другие компоненты окружающей среды. Пластиковые трубы не ржавеют и не попадают в водопровод, пластиковые бутылки могут хранить едкие химикаты, пластиковые покрытия могут выдерживать высокие температуры.

«Вы можете положить одну из этих труб в землю, и сто лет спустя вы можете выкопать ее, и это точно такая же труба, и она сохраняет вашу воду в полной безопасности», - сказал Скотт.

Но это свойство инертности также заставляет пластик очень медленно разрушаться естественным образом и требует больших затрат энергии для того, чтобы делать это искусственно.

«Они состоят из углерод-углеродных и углерод-водородных связей, и их очень трудно перерабатывать химическим путем», - объяснил коллега, профессор химической инженерии Абу-Омар, который специализируется на энергетическом катализе и заведует кафедрой зеленой химии UCSB Mellichamp. . Хотя много исследований было потрачено на изучение того, как уменьшить количество пластмасс до их основных компонентов в целях обеспечения устойчивости, стоимость энергии "преследует эту область в течение долгого времени", - сказали исследователи. Даже выгода от преобразования этих строительных блоков в ценные молекулы ограничена, когда дешевле сделать то же самое из добытой нефти.

«С другой стороны, если бы мы могли напрямую преобразовать полимеры в эти более ценные молекулы и полностью исключить высокоэнергетический этап возврата к этим молекулам строительных блоков, то мы получили бы ценный процесс с низким энергопотреблением. , - сказал Скотт.

Это новаторское мышление привело к созданию нового тандемного каталитического метода, который не только создает ценные алкилароматические молекулы непосредственно из отходов полиэтилена пластик , он делает это эффективно, с низкими затратами и низким энергопотреблением.

«Мы снизили температуру трансформации на сотни градусов», - сказал Скотт. Традиционные методы, согласно статье, требуют температуры от 500 до 1000 ° C, чтобы разбить полиолефиновые цепи на мелкие части и собрать их в смесь газа, жидкости и кокса, в то время как оптимальная температура для этого каталитического процесса колеблется в пределах около 300 ° C. Исследователи объяснили, что относительно мягкие условия реакции помогают более селективно разрушать полимеры до большинства более крупных молекул в пределах диапазона смазки. «И мы упростили количество шагов в процессе, потому что мы не выполняем множественные преобразования», - сказал Скотт.

Кроме того, для этого процесса не требуется растворитель или добавленный водород, только катализатор платина на оксиде алюминия (Pt /Al2O3) для тандемной реакции, которая разрывает эти жесткие углерод-углеродные связи и перестраивает молекулярный «каркас» полимера с образованием структур с ними. характерные шестигранные кольца - ценные алкилароматические молекулы, которые широко используются в растворителях, красках, смазках, детергентах, фармацевтических препаратах и ​​многих других промышленных и потребительских товарах.

«Из небольших углеводородов сложно образовать ароматические молекулы, - добавил ведущий автор статьи Фань Чжан. «Здесь при образовании ароматических углеводородов из полиолефинов в качестве побочного продукта образуется водород, который затем используется для разрезания полимерных цепей, чтобы сделать весь процесс благоприятным. В результате мы получаем длинноцепочечные алкилароматические соединения, и это замечательный результат».

Этот метод представляет собой новое направление в жизненном цикле пластмасс, в котором полимерные отходы могут стать ценным сырьем вместо того, чтобы попадать на свалки или, что еще хуже, в водные пути и другие уязвимые места обитания.

«Это пример повторного использования, когда мы могли бы производить это сырье более эффективно и с меньшим воздействием на окружающую среду, чем производство его из нефти», - сказал Абу-Омар. По-прежнему необходимо провести исследования, чтобы увидеть, где и как эта технология будет наиболее эффективной, но это одна из стратегий, которая может помочь уменьшить накопление пластиковые отходы , окупить их стоимость и, возможно, уменьшить нашу зависимость от нефти, из которой получают пластмассы.

«Мы роем яму в земле, производим, делаем, используем, выбрасываем», - сказал Абу-Омар. «Так что в некотором смысле это действительно ломает этот образ мышления. Здесь есть интересная наука, которая приведет нас к новым открытиям, новым парадигмам и новым способам заниматься химией».


Источник


У данной публикации еще нет комментариев. Хотите начать обсуждение?

Написать комментарий
Имя:*
E-Mail:
Введите код: *
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив


Поиск по сайту
Полезные ссылки
Оцените работу сайта

TEHNONEWS

Новости космоса технологий нанотехнологий физики и химии