روند جدید بازیافت می تواند میلیون ها تن زباله پلاستیکی را کاهش دهد

مواد پلاستیکی چند لایه در بسته بندی مواد غذایی و تجهیزات پزشکی همه جا وجود دارد ، به ویژه از آنجا که پلیمرهای لایه ای می توانند به آن فیلم ها ویژگی های خاصی مانند مقاومت در برابر حرارت یا کنترل اکسیژن و رطوبت را بدهند. اما با وجود کاربردی بودن ، بازیافت این پلاستیک های همیشه با استفاده از روش های معمول غیرممکن است.
سالانه حدود 100 میلیون تن ترموپلاستیک چند لایه – هر یک از 12 لایه پلیمر متفاوت متشکل است. 40 درصد از کل مواد زائد حاصل از فرآیند تولید است و از آنجا که راهی برای جداسازی پلیمرها وجود نداشته است ، تقریباً تمام این پلاستیک ها در محل دفن زباله یا زباله سوز قرار می گیرند.
اکنون ، مهندسان دانشگاه ویسکانسین-مدیسون یک روش برای بازیافت پلیمرهای موجود در این مواد با استفاده از حلالها ، تکنیکی که آنها پردازش بازیابی و رسوب با هدف حلال (STRAP) نامیده اند ، پیشگام بوده اند. اثبات مفهوم آنها امروز (20 نوامبر 2020) در مجله Science Advances به تفصیل ارائه شده است.
استادان مهندسی شیمی و بیولوژیک جورج هوبر و رید ون لن و دانشجویانشان با استفاده از یک سری شستشوها با حلال های حلال با هدایت محاسبات ترمودینامیکی ، از فرایند STRAP برای جداسازی پلیمرها در یک پلاستیک تجاری متشکل از مواد لایه ای معمول پلی اتیلن ، اتیلن وینیل الکل و پلی اتیلن ترفتالات.
نتیجه؟ به نظر می رسد که پلیمرهای جدا شده از نظر شیمیایی مشابه نمونه هایی هستند که برای ساخت فیلم اصلی استفاده شده اند.
تیم اکنون امیدوار است که از پلیمرهای بازیابی شده برای ایجاد مواد پلاستیکی جدید استفاده کند ، نشان می دهد که این روند می تواند به بسته شدن حلقه بازیافت کمک کند. به طور خاص ، این می تواند به تولید کنندگان پلاستیک چند لایه اجازه دهد 40 درصد زباله های پلاستیکی تولید شده در طی مراحل تولید و بسته بندی را بازیابی کنند.
هوبر می گوید: “ما این را با یک پلاستیک چند لایه نشان داده ایم.” “ما باید پلاستیک های چند لایه دیگر را امتحان کنیم و باید این فناوری را مقیاس بندی کنیم.”
با افزایش پیچیدگی پلاستیک های چند لایه ، دشواری شناسایی حلال هایی که می توانند هر پلیمر را حل کنند نیز افزایش می یابد. به همین دلیل STRAP به یک روش محاسباتی متکی است که توسط ون لن به نام مدل غربالگری هادی مانند حلالهای واقع گرایانه (COSMO-RS) برای هدایت فرآیند استفاده می شود.
COSMO-RS قادر به محاسبه حلالیت پلیمرهای هدف در مخلوط های حلال در دماهای مختلف است و تعداد حلال های بالقوه ای را که می تواند یک پلیمر را حل کند کاهش می دهد. سپس تیم می تواند به طور آزمایشی حلالهای نامزد را کشف کند.
ون لهن می گوید: “این به ما امکان می دهد تا از این سیستم های بسیار پیچیده تر ، كه اگر در جهان بازیافت استفاده كنید ، ضروری است.”
هدف این است که در نهایت یک سیستم محاسباتی ایجاد شود که به محققان امکان پیدا کردن ترکیبات حلال برای بازیافت انواع پلاستیک های چند لایه را می دهد. این تیم همچنین امیدوار است بتواند تأثیرات حلال های مورد استفاده در محیط زیست را مورد بررسی قرار دهد و یک پایگاه داده از حلال های سبز ایجاد کند که به آنها امکان می دهد تا اثربخشی ، هزینه و تأثیرات زیست محیطی سیستم های مختلف حلال را متعادل کنند.
این پروژه از تخصص UW-Madison در تجزیه و تحلیل ناشی می شود. برای دهه ها ، محققان مهندسی شیمی و بیولوژیک دانشگاه واکنش های مبتنی بر حلال را برای تبدیل زیست توده – مانند چوب یا زباله های کشاورزی – به مواد شیمیایی مفید یا مواد قبلی ایجاد کرده اند. بیشتر این تخصص به بازیافت پلیمرهای حلال محور نیز تبدیل می شود.
این تیم تحقیقات خود را در زمینه پردازش STRAP از طریق مرکز تازه تاسیس چند دانشگاهی در زمینه چرخش شیمیایی مواد زائد پلاستیک به کارگردانی هوبر ادامه می دهد. محققان در مرکز سرمایه 12.5 میلیون دلاری وزارت انرژی ایالات متحده در حال بررسی چندین مسیر شیمیایی برای بازیابی و بازیافت پلیمرها هستند.
مرجع: 20 نوامبر 2020 ، پیشرفتهای علمی .
این تحقیق با کمک مالی وزارت انرژی ایالات متحده (DE-SC0018409) پشتیبانی شد.