Инженер из Университета Алабамы разработал новый процесс переработки пластика

Переработка пластика — обычное, но несовершенное явление. Часть проблемы, говорит доктор Джейсон Бара, заключается в том, что текущие процессы приводят к получению пластика более низкого качества с меньшей стоимостью и меньшим количеством конечных применений. В круговой экономике пластика любой пластик может быть разложен на составные части, а затем восстановлен в новые продукты с небольшим количеством отходов или без них.

Наука пока этого не достигла, но может стать на шаг ближе.

Бара, профессор Инженерного колледжа, возглавляет группу в Университете Алабамы, работающую над совершенствованием методов переработки вездесущего пластика, с которым мы ежедневно взаимодействуем.

Полиэтилентерефталат (ПЭТ) — это распространенный пластик, который хорошо поддается хемолизу, химическому процессу, который деполимеризует пластик для переработки. Большая часть предыдущих работ по хемолизу и ПЭТ была сосредоточена на воде, спиртах и ​​аминах. Амины — это группа соединений, полученных из аммиака, и они особенно эффективны для деполимеризации ПЭТ, но большинство продуктов, полученных в результате аминолиза ПЭТ, имеют ограниченное применение, сказал Бара.

«Посмотрим, что будет»

Ничто в литературе не указывало на эффективность имидазолов в этом процессе. Имидазол и родственные ему соединения представляют собой группу органических молекул, которые используются в широком спектре приложений и даже появляются в биологически важных соединениях.

«Я работал с имидазолом большую часть своей карьеры», — сказал Бара. «Довольно удивительно, насколько он универсален». Бара два года работал с использованием аминов для расщепления пластика в рамках гранта Национального научного фонда, направленного на сокращение пластиковых отходов. Его оценка универсальности имидазола сделала естественным продолжением попытку использования его для хемолиза.

«Мой студент вернулся в лабораторию и сказал: «О, пластик исчез. Он весь исчез».

Университет Алабамы подал заявку на патент на процесс, который предлагает несколько ключевых преимуществ по сравнению с другими методами химической переработки ПЭТ. Среди них — отсутствие необходимости в дополнительном растворителе или катализаторе, поскольку имидазол имеет относительно низкую температуру плавления. Это благоприятные качества для разработки экономически эффективного и коммерчески жизнеспособного процесса.

Разложение ПЭТ методом имидазолиза дает химические промежуточные продукты, которые можно преобразовать в ряд других химических веществ, которые трудно получить традиционными методами.

«Наш процесс имидазолиза уникален тем, что это гибкая технология переработки, и вы можете получить более широкий спектр конечных продуктов в результате деполимеризации ПЭТ, если будете делать это по нашему методу», — сказал Бара.

В погоне за следующим вызовом

Бара говорит, что одним из самых захватывающих моментов исследования является то, что его ждет впереди.

ПЭТ относится к числу наиболее простых для переработки пластиков. Во-первых, он относительно чист, поскольку используется в контейнерах для еды и бутылках для напитков, и обычно содержит мало добавок. Исходя из полученных на данный момент результатов, имидазолиз также полезен для деполимеризации полиуретанов, с которыми сложнее работать, чем с ПЭТ.

«В целом, существует хорошая осведомленность о необходимости переработки пластика и других материалов (бумаги, металла), которые обычно попадают в наши мусорные баки», — сказал он. «Но сложнее понять, что полиуретаны также можно перерабатывать химическим путем».

Полиуретаны обычно встречаются в виде пен, которые наполнены воздухом, не плавятся и часто изготавливаются с использованием любого количества неорганических добавок. Подумайте об упаковочных пенах, подушках для сидений, матрасах с эффектом памяти и автомобильных сиденьях.

«Хотя муниципальная переработка ограничивается наиболее распространенными термопластиками, потребители, вероятно, не осознают масштаба проблемы полиуретана, которую необходимо решить».

Имидазолиз не только разрушает полиуретаны и позволяет извлекать молекулярные компоненты (полиолы, используемые для изготовления полиуретанов, могут быть особенно ценными для извлечения), но физические свойства имидазола также делают его лучшим реагентом для проведения реакции.

«Хотя я считаю, что то, что мы уже опубликовали об успешном имидазолизе ПЭТ, очень интересно, — сказал Бара, — химическая переработка полиуретанов — это та сфера, где имидазолиз может потенциально оказать гораздо большее влияние».

Данная работа по переработке ПЭТ и ПУ методом имидазолиза получила активную финансовую поддержку со стороны NSF и включает вклад исследователей из Университета штата Айова.

Источник: https://news.ua.edu/2024/10/ua-chemical-engineer-plastic-recycling/