Новая структура может превратить пластиковые отходы в многоразовые строительные блоки

Накопление пластиковых отходов продолжает бросать вызов экологической устойчивости во всем мире. Деполимеризация , при которой полимеры снова распадаются на мономерные строительные блоки, открывает возможности для настоящей циклической переработки, при которой материалы можно использовать повторно без потери производительности. Однако прогресс в этой области замедляется из-за непоследовательных методов отчетности, что затрудняет сравнение методов и оценку промышленной осуществимости. В этом исследовании подчеркивается необходимость стандартизированных показателей для оценки эффективности деполимеризации, чистоты мономера, требований к энергии процесса и возможности повторного использования восстановленных мономеров. Объединяя стратегии, основанные на термических, фотохимических и механических стимулах, авторы предлагают единую структуру для ускорения технологического развития и поддержки устойчивых жизненных циклов полимеров.

Традиционная механическая переработка часто снижает качество полимеров, производя материалы с меньшей прочностью, долговечностью и стабильностью. Тем временем, мировое производство пластика продолжает расти, увеличивая нагрузку на системы управления отходами и способствуя загрязнению наземной и морской среды. Деполимеризация представляет собой альтернативу, позволяя извлекать исходные мономеры для переработки в высококачественные материалы. Однако в настоящее время исследователи используют разные экспериментальные параметры и критерии оценки, что приводит к фрагментарности данных и ограниченной воспроизводимости результатов в различных областях. Отсутствие стандартизации затрудняет выявление перспективных направлений и препятствует движению к масштабируемой циклической переработке. В связи с этими трудностями крайне необходимо более глубокое исследование стандартизированной оценки эффективности и воспроизводимости деполимеризации.

Исследователи из Фрайбургского университета, Фрайбургского университета и Фрайбургского университета совместно опубликовали обзорную статью (DOI: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/prechem.5c00080 ) в журнале Precision Chemistry, в которой рассматриваются новые подходы к деполимеризации и предлагается стандартизированная система для представления показателей эффективности. В исследовании рассматриваются методы термической, фотохимической и механической деполимеризации, а также определяются факторы, влияющие на эффективность и масштабируемость. Описывая ключевые экспериментальные переменные и устанавливая согласованные контрольные показатели для восстановления мономера, чистоты и энергозатрат, авторы стремятся помочь сообществу исследователей полимеров в разработке воспроизводимых методологий, способствующих промышленному внедрению и обеспечивающих по-настоящему циклическое использование материалов.

В исследовании методы деполимеризации подразделяются на три основные стратегии, основанные на воздействии внешних факторов: термическую, фотохимическую и механохимическую. Термическая деполимеризация наиболее изучена и позволяет достичь высокой степени конверсии, но часто требует экстремальных температур, что увеличивает побочные реакции и потребление энергии. Фотохимическая деполимеризация позволяет целенаправленно активировать связи в более мягких условиях, снижая количество побочных продуктов, но при применении к объемным материалам возникают трудности из-за ограничений по проникновению света и подвижности полимеров. Механохимические подходы, такие как измельчение в шаровой мельнице и ультразвуковая обработка, предлагают варианты с минимальным использованием растворителя и потенциально более низкими энергозатратами, но часто приводят к образованию смешанных продуктов или олигомеров, а не к полностью восстановленным мономерам.

Для повышения сопоставимости результатов исследований авторы предлагают единый набор показателей эффективности, включающий выход мономера, чистоту мономера и профиль побочных продуктов, энергозатраты реакции, масштабируемость условий обработки и возможность реполимеризации восстановленных мономеров в материалы со свойствами, соответствующими свойствам первичных полимеров. Без этих общих показателей кажущаяся эффективность методов может быть завышена или занижена, что затрудняет практическое внедрение и взаимодействие между лабораториями. Эта система обеспечивает ясность для оценки прогресса и выявления технологий, наиболее подходящих для внедрения в промышленные системы переработки.

Авторы подчеркивают, что одних лишь прорывов в области деполимеризационной химии недостаточно для достижения цикличности. Стандартизированные методы оценки извлечения мономеров, их чистоты и пригодности к переработке необходимы для надёжного сравнения технологий и направления дальнейших инноваций. Установление единых показателей эффективности ускорит переход от лабораторных исследований к масштабируемым процессам переработки, способным обеспечить эффективное решение проблемы глобальных пластиковых отходов.

Предлагаемая система имеет важное значение для академических исследователей, промышленных разработчиков и политиков. Обеспечивая последовательную оценку эффективности деполимеризации и качества мономера, она может способствовать разработке полимеров, пригодных для вторичной переработки по умолчанию, и помочь промышленности определить практические возможности их интеграции в существующие системы управления отходами и производства. Стандартизированная отчетность также может способствовать разработке нормативных требований и оценке жизненного цикла материалов замкнутого цикла. В конечном итоге, внедрение этих методов может позволить использовать пластиковые отходы в качестве возобновляемого сырья, а не стойкого загрязнителя, снижая зависимость от ископаемых ресурсов и способствуя развитию экономики, основанной на устойчивых материалах.

Источник: https://doi.org/10.1021/prechem.5c00080