 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
Новый метод использует столкновения для расщепления пластика для вторичной переработки
Исследователи разработали метод расщепления ПЭТ, одного из наиболее широко используемых пластмасс в мире, для устойчивой переработки с использованием механических воздействий вместо нагрева или агрессивных химикатов.
В то время как пластмассы способствуют повышению современного уровня жизни, их накопление на свалках и загрязнение окружающей среды в целом продолжают вызывать глобальную озабоченность.Полиэтилентерефталат (ПЭТ) — один из наиболее широко используемых пластиков в мире, ежегодно выпускаемый десятками миллионов тонн при производстве бутылок, упаковки для пищевых продуктов и волокон для одежды. Долговечность, которая делает ПЭТ таким полезным материалом, также означает, что его труднее эффективно перерабатывать.Новые результаты, опубликованные в журнале Chem, показывают, как механохимический метод — химические реакции, приводимые в действие механическими силами, такими как столкновения, — может быстро превратить ПЭТ обратно в его основные строительные блоки, открывая путь к более быстрой и чистой переработке.
Исследовательская группа, возглавляемая докторантом Кингой Голонбек и профессором Карстеном Сиверсом из Школы химической и биомолекулярной инженерии Технологического института Джорджии, ударяла по твердым кускам ПЭТ металлическими шариками с такой же силой, с какой они ударялись бы в машине, называемой шаровой мельницей. Это может привести к тому, что ПЭТ вступит в реакцию с другими твердыми химическими веществами, такими как гидроксид натрия (NaOH), выделяя достаточно энергии для разрушения химических связей пластика при комнатной температуре без использования опасных растворителей.»Мы показываем, что механические воздействия могут способствовать разложению пластмасс на их первоначальные молекулы контролируемым и эффективным образом», — говорит Сиверс. «Это может превратить переработку пластмасс в более экологичный процесс.”
При демонстрации процесса исследователи использовали контролируемые эксперименты с одиночным ударом, а также усовершенствованное компьютерное моделирование, чтобы отобразить, как энергия от столкновений распределяется по пластику и запускает химические и структурные преобразования.Эти эксперименты показали изменения в структуре и химическом составе ПЭТ в крошечных зонах, которые подвергаются различным давлениям и нагреву. Составив карту этих преобразований, команда получила новое представление о том, как механическая энергия может запускать быстрые и эффективные химические реакции.
«Это понимание могло бы помочь инженерам разрабатывать промышленные системы переработки отходов, которые были бы более быстрыми, чистыми и энергоэффективными», — говорит Голонбек.Каждое столкновение создавало крошечный кратер, центр которого поглощал большую часть энергии. В этой зоне пластик растягивался, трескался и даже слегка размягчался, создавая идеальные условия для химических реакций с гидроксидом натрия.
Визуализация с высоким разрешением и спектроскопия показали, что обычно упорядоченные полимерные цепи в центре кратера стали неупорядоченными, а некоторые цепи распались на более мелкие фрагменты, увеличение площади поверхности, подверженной воздействию реагента. Даже без гидроксида натрия механическое воздействие само по себе приводило к незначительному разрыву цепи, что свидетельствует о том, что механическая сила сама по себе может вызвать химические изменения.
Исследование также показало важность количества энергии, выделяемой при каждом ударе. Столкновения с низкой энергией лишь незначительно повреждают ПЭТ, но более сильные удары вызывают трещины и пластическую деформацию, обнажая новые поверхности, которые могут вступать в реакцию с гидроксидом натрия, приводя к быстрому химическому разрушению.»Понимание этого энергетического порога позволяет инженерам оптимизировать механохимическую переработку отходов, повышая эффективность и сводя к минимуму ненужное потребление энергии», — пояснил Сиверс.Эти результаты указывают на будущее, в котором пластмассы можно будет полностью перерабатывать обратно в их первоначальные строительные блоки, а не перерабатывать повторно или выбрасывать на свалку. Используя механическую энергию вместо тепла или агрессивных химикатов, переработка отходов может стать более быстрой, чистой и энергоэффективной.
«Этот подход может помочь сократить количество пластиковых отходов», — говорит Сиверс. «Мы могли бы представить системы вторичной переработки, в которых обычные пластмассы подвергаются механохимической обработке, что многократно оживляет отходы и снижает воздействие на окружающую среду»./p>
Теперь команда планирует протестировать реальные потоки отходов и выяснить, могут ли аналогичные методы работать с другими труднообрабатываемыми пластмассами, приближая механохимическую переработку к промышленному использованию.
“ Ежегодно производятся миллионы тонн ПЭТ. в этом году повышение эффективности переработки отходов может значительно снизить загрязнение пластиком и помочь защитить экосистемы во всем мире, говорит Голонбек.
Другие новости: