دانشمندان راهی ساده و سازگار با محیط زیست برای تجزیه تفلون کشف کردند

دانشمندان راهی تمیز و کم انرژی برای بازیافت تفلون با استفاده از سدیم و حرکت کشف کرده اند.

یافته های علمی جدید رویکردی آسان و سازگار با محیط زیست را برای تجزیه تفلون، یکی از بادوام ترین پلاستیک های روی زمین، به اجزای شیمیایی ارزشمند نشان می دهد.

تیمی از دانشمندان دانشگاه نیوکاسل و دانشگاه بیرمنگام یک فرآیند تمیز و کم مصرف برای بازیافت تفلون (PTFE) ایجاد کرد، ماده ای که به دلیل نقش آن در ظروف نچسب و سایر کاربردهایی که نیاز به مقاومت استثنایی در برابر حرارت و شیمیایی دارد، به طور گسترده ای شناخته شده است.

این مطالعه نشان می دهد که تفلون دور ریخته شده را می توان تنها با استفاده از فلز سدیم و حرکت مکانیکی (حرکت با تکان دادن) در دمای اتاق و بدون نیاز به حلال های مضر به مواد قابل استفاده مجدد تبدیل کرد.

به تفصیل در مجله انجمن شیمی آمریکا (JACS) در 22 اکتبر، تحقیقات روشی کم انرژی و بدون اتلاف را ارائه می دهد که جایگزین جدیدی برای تکنیک های بازیافت فلوراید سنتی است.

دکتر رالی آرمسترانگ، مدرس شیمی در دانشگاه نیوکاسل و نویسنده مسئول، گفت: «فرآیندی که ما کشف کردیم، پیوندهای قوی کربن و فلوئور را در تفلون می‌شکند و آن را به فلوراید سدیم تبدیل می‌کند که در خمیر دندان فلوراید استفاده می‌شود و به آب آشامیدنی اضافه می‌شود.

تبدیل زباله به منابع

سالانه صدها هزار تن تفلون در سراسر جهان تولید می‌شود – از روان‌کننده‌ها گرفته تا پوشش‌های ظروف پخت و پز استفاده می‌شود، و در حال حاضر راه‌های بسیار کمی برای خلاص شدن از شر آن وجود دارد. از آنجایی که این محصولات در پایان عمر خود هستند، در حال حاضر در محل دفن زباله‌ها قرار می‌گیرند – اما این فرآیند به ما امکان می‌دهد فلوئور را استخراج کرده و آن را به مواد مفید جدید تبدیل کنیم.

استادیار دکتر Earley Lu از دانشگاه بیرمنگام اظهار داشت: “فلورین یک عنصر حیاتی در زندگی مدرن است – در حدود یک سوم داروهای جدید و در بسیاری از مواد مدرن یافت می شود. با این حال فلوئور به طور سنتی از طریق معدنکاری و فرآیندهای شیمیایی پر انرژی و بسیار آلاینده تولید می شده است. روش ما نشان می دهد که ما می توانیم آن را به طور مستقیم به یک مشکل روزمره تبدیل کنیم و از آن استفاده کنیم.”

پلی تترا فلوئورواتیلن (PTFE) که بیشتر با نام تجاری تفلون شناخته می شود، به دلیل مقاومت آن در برابر حرارت و مواد شیمیایی ارزشمند است و آن را برای وسایل آشپزی، الکترونیک و تجهیزات آزمایشگاهی ایده آل می کند، اما همین ویژگی ها بازیافت آن را تقریبا غیرممکن می کند.

وقتی PTFE می سوزد یا سوزانده می شود، آلاینده های پایداری به نام “مواد شیمیایی دائمی” (PFAS) آزاد می کند که برای دهه ها در محیط باقی می مانند. بنابراین، روش های سنتی دفع نگرانی های زیست محیطی و بهداشتی جدی ایجاد می کند.

مکانیک شیمی: یک راه حل سبز

تیم تحقیقاتی با استفاده از مکانیک شیمی، یک رویکرد سازگار با محیط زیست که با اعمال انرژی مکانیکی به جای گرما، واکنش‌های شیمیایی را هدایت می‌کند، با این چالش مقابله کردند.

در داخل یک ظرف فولادی مهر و موم شده به نام آسیاب گلوله ای، قطعات فلزی سدیم با تفلون آسیاب می شوند و باعث می شود در دمای اتاق واکنش نشان دهند. این فرآیند پیوندهای قوی کربن و فلوئور موجود در تفلون را می شکند و آن را به کربن بی ضرر و فلوراید سدیم تبدیل می کند، یک نمک معدنی پایدار که به طور گسترده در خمیردندان های حاوی فلوراید استفاده می شود.

سپس محققان نشان دادند که سدیم فلوراید بازیافت شده از این طریق نیز می تواند به طور مستقیم و بدون خالص سازی برای ایجاد مولکول های ارزشمند حاوی فلوئور مورد استفاده قرار گیرد. اینها شامل ترکیبات مورد استفاده در داروسازی، تشخیص و سایر مواد شیمیایی خوب است.

استادیار دکتر دومینیک کوبیکی، که سرپرستی تیم تشدید مغناطیسی هسته‌ای حالت جامد (NMR) دانشگاه بیرمنگام را بر عهده دارد، اظهار داشت: «ما از طیف‌سنجی پیشرفته NMR حالت جامد – یکی از تخصص‌های ما در بیرمنگام – برای بررسی مخلوط واکنش در سطح اتمی استفاده کردیم. این به ما اجازه می‌دهد تا نشان دهیم که این نمونه‌ای کامل از سدیم-فرآورده‌ای است که توسط فرآیند فلوئور تولید می‌شود. چگونه ویژگی های پیشرفته مواد می تواند پیشرفت به سمت پایداری را تسریع کند.

طرح اقتصاد فلوراید دایره ای

این کشف طرحی برای اقتصاد دایره ای فلوئور ارائه می دهد که در آن عناصر ارزشمند از زباله های صنعتی به جای دور ریختن بازیابی می شوند. این می تواند به طور قابل توجهی ردپای زیست محیطی مواد شیمیایی مبتنی بر فلوئور را که در فناوری های پزشکی، الکترونیک و انرژی های تجدیدپذیر حیاتی هستند، کاهش دهد.

دکتر لو گفت: رویکرد ما ساده، سریع است و از مواد ارزان قیمت استفاده می کند. “ما امیدواریم که این الهام بخش کار بیشتر در مورد استفاده مجدد از انواع دیگر زباله های فلوئوردار باشد و به تولید ترکیبات حیاتی فلوئوردار پایدارتر کمک کند.”

این کار همچنین بر اهمیت فزاینده مکانیک شیمی – شاخه نوظهوری از شیمی سبز که واکنش‌های با دمای بالا یا شدید حلال را با حرکت مکانیکی ساده جایگزین می‌کند – به عنوان ابزاری برای نوآوری پایدار، برجسته می‌کند.

دکتر Kubicki افزود: “این تحقیق نشان می دهد که چگونه علم بین رشته ای ترکیب شیمی مواد با طیف سنجی پیشرفته می تواند یکی از انعطاف پذیرترین پلاستیک ها را دوباره به چیزی مفید تبدیل کند. این یک گام کوچک اما مهم به سمت شیمی فلوئور پایدار است.”

مرجع: «رویکرد مکانیکی کاهشی که امکان استفاده مجدد مستقیم از فلوراید پلی‌تترا فلوئورواتیلن (PTFE) در مواد شیمیایی خوب را فراهم می‌کند» توسط متیو ای. لو، بنجامین ام. گالانت، ناتان دیویسون، متیو ان. هاپکینسون، دومینیک جی. کوبیکی، ارلی‌آرمیال 21، 21، 21، Earlie. مجله انجمن شیمی آمریکا.
DOI: 10.1021/jacs.5c14052

هرگز پیشرفتی را از دست ندهید: به خبرنامه SciTechDaily بپیوندید.
ما را در Google، Discover و News دنبال کنید.