اخبار – بخش کوچکی از پلاستیک های مصرفی مخلوط که دور ریخته می شوند یا در سطل های بازیافت قرار می گیرند در واقع بازیافت می شوند. نزدیک به 90 درصد در محل های دفن زباله دفن می شود یا در تأسیسات تجاری سوزانده می شود که گازهای گلخانه ای و سموم در هوا تولید می کنند. هیچ یک از این نتایج برای محیط زیست ایده آل نیستند.
چرا پلاستیک های مخلوط بیشتری بازیافت نمی شوند؟ معمولاً ساختن محصولات پلاستیکی جدید آسان تر و ارزان تر از بازیابی، دسته بندی و بازیافت محصولات استفاده شده است. بازیافت متعارف پلاستیک های مخلوط به معنای جداسازی دستی یا مکانیکی پلاستیک ها بر اساس پلیمرهای تشکیل دهنده آنها است.
برای حل این مشکل، دانشمندان در آزمایشگاه ملی Oak Ridge وزارت انرژی از طراحی شیمیایی دقیق برنامه ریزی شده، پراکندگی نوترون و محاسبات با کارایی بالا برای کمک به توسعه فرآیند بازیافت کاتالیزوری جدید استفاده کردند. کاتالیزور به طور انتخابی و متوالی چندین پلیمر در پلاستیک های مرکب را به مونومرهای خالص تجزیه می کند – مولکول هایی که با مولکول های مونومر دیگر واکنش می دهند و یک پلیمر را تشکیل می دهند. این فرآیند یک استراتژی امیدوارکننده برای مبارزه با زباله های پلاستیکی جهانی مانند بطری، بسته بندی، فوم و فرش ارائه می دهد.
تجزیه و تحلیل محققان، منتشر شده در افق مواد، استفاده از کاتالیزور چند منظوره جدید را با استفاده از کاتالیزورهای جداگانه برای هر نوع پلاستیک مقایسه کرد. کاتالیزور جدید تا 95 درصد کمتر گازهای گلخانه ای تولید می کند، تا 94 درصد انرژی کمتری نیاز دارد و منجر به کاهش 96 درصدی مصرف سوخت فسیلی می شود.
“رویکرد ما شامل یک کاتالیزور ارگانیک مصنوعی سفارشی شده است – ترکیبی متشکل از مولکول های آلی کوچک که تبدیلات شیمیایی آلی را تسهیل می کند. تومونوری سایتو، شیمیدان پلیمر مصنوعی ORNL و نویسنده مسئول، گفت: این کاتالیست ارگانیک می تواند دسته هایی از زباله های پلاستیکی مخلوط را به مونومرهای ارزشمند برای استفاده مجدد در تولید پلاستیک های تجاری و سایر مواد ارزشمند تبدیل کند. این فرآیند شیمیایی بسیار کارآمد می تواند با جایگزینی مونومرهای اولین بار با مونومرهای بازیافتی، به بستن حلقه بازیافت برای پلاستیک های مخلوط کمک کند.
«امروزه، تقریباً تمام پلاستیک‌ها از سوخت‌های فسیلی و با استفاده از مونومرهای اولین بار تولید می‌شوند که از طریق فرآیندهای انرژی بر تولید می‌شوند. سایتو افزود: «ایجاد این نوع بازیافت حلقه بسته، در صورت استفاده جهانی، می تواند مصرف انرژی سالانه را حدود 3.5 میلیارد بشکه نفت کاهش دهد.»
راه حلی برای بازیافت بیش از 30 درصد از تمام پلاستیک ها
آلی کاتالیست جدید ثابت کرده است که به طور موثر و سریع چندین پلیمر را در حدود دو ساعت تجزیه می کند. چنین پلیمرهایی عبارتند از آنهایی که در موادی مانند شیشه های ایمنی (پلی کربنات ها)، فوم ها (پلی اورتان ها)، بطری های آب (پلی اتیلن ترفتالات ها) و طناب ها یا تورهای ماهیگیری (پلی آمیدها) استفاده می شوند که مجموعا بیش از 30 درصد از تولید پلاستیک جهانی را تشکیل می دهند. تاکنون هیچ کاتالیزوری بر روی هر چهار این پلیمر موثر نبوده است.
این فرآیند با جایگزینی مواد شیمیایی تهاجمی برای ساختارشکنی پلیمرها و همچنین ارائه گزینش پذیری خوب، پایداری حرارتی، عدم فراریت و قابلیت اشتعال کم، مزایای زیست محیطی زیادی را به همراه دارد. عملکرد آن در برابر پلیمرهای متعدد همچنین آن را برای ساختارشکنی مقادیر فزاینده ای از پلاستیک های چند جزئی مانند کامپوزیت ها و بسته بندی های چند لایه مفید می کند.
پراکندگی نوترون با زاویه کوچک در منبع نوترون Spallation ORNL برای تأیید تشکیل مونومرهای تجزیه شده از پلاستیک های زباله استفاده شد. این روش نوترون‌ها را در زوایای کوچک پراکنده می‌کند تا ساختار را در سطوح مختلف جزئیات، از نانومتر تا کسری از یک میکرومتر مشخص کند.
تبدیل پلیمرهای پلاستیکی مخلوط به پلاستیک های بازیافتی واقعی
آلی کاتالیست پلاستیک ها را در دماهای مختلف تجزیه می کند، که بازیابی متوالی تک تک مونومرها را به صورت جداگانه و به شکل قابل استفاده مجدد تسهیل می کند. پلی کربنات ها در 266 فارنهایت (130 درجه سانتیگراد)، پلی یورتان ها در 320 فارنهایت (160 درجه سانتیگراد)، پلی اتیلن ترفتالات ها در دمای 356 فارنهایت (180 درجه سانتیگراد)، و پلی آمیدها در دمای 410 فارنهایت (210 درجه سانتیگراد) تجزیه می شوند. سایر پلاستیک ها، مواد افزودنی و مواد مرتبط مانند پنبه و کیسه های پلاستیکی به دلیل تفاوت در واکنش پذیری دست نخورده باقی می مانند و متعاقبا قابل بازیابی هستند.
دکتر آریفوزامن، نویسنده ارشد این مطالعه و یک شیمیدان آلی مصنوعی سابق فوق دکتری، گفت: مونومرهای تجزیه شده و کاتالیزور ارگانیک محلول در آب هستند، بنابراین ما می توانیم آنها را به آب منتقل کنیم، جایی که هر گونه ناخالصی مانند رنگدانه ها را می توان با فیلتر کردن حذف کرد. در ORNL. او هم‌اکنون عضو Innovation Crossroads و مدیرعامل و موسس Re-Du Company است. سپس مونومرهای تقریباً خالص استخراج می‌شوند و کاتالیزوری باقی می‌ماند که تقریباً به طور کامل با تبخیر آب بازیابی می‌شود و می‌تواند مستقیماً برای چرخه‌های چند ساختارشکنی مجدداً استفاده شود.
این مطالعه شامل محققانی از بخش علوم شیمی ORNL و مرکز علوم مواد نانوفاز در اداره علوم فیزیکی، اداره علوم نوترون و گروه مهندسی شیمی در دانشگاه ویرجینیا، شارلوتسویل بود.
CNMS و SNS امکانات کاربری دفتر علوم وزارت انرژی هستند.
UT-Battelle ORNL را برای دفتر علوم DOE، بزرگترین حامی تحقیقات پایه در علوم فیزیکی در ایالات متحده، مدیریت می کند. دفتر علوم برای رسیدگی به برخی از مهم ترین چالش های زمان ما کار می کند. برای اطلاعات بیشتر لطفا مراجعه کنید به Energy.gov/science.
