یک کاتالیزور جدید ممکن است امکان بازیافت پلاستیک مخلوط را فراهم کند
آینده بازیافت پلاستیک به زودی می تواند بسیار بیشتر و کارآمدتر شود.
محققان در دانشگاه شمال غربی یک روش کتیبه پلاستیکی جدید ایجاد کرده اند ، که به طور قابل توجهی کاهش یافته است و حتی می تواند هدف از زباله های پلاستیکی مخلوط از پیش مرتب شده را از بین ببرد.
در قلب این فرآیند یک کاتالیزور مبتنی بر نیکل کم است که به صورت انتخابی به پلاستیک های فلج اطفال ، از جمله پلی اتیلن و پلی پروپیلن ، که تقریباً دو سوم از مصرف پلاستیک یکبار مصرف جهانی را تشکیل می دهند ، انجام می شود. این بدان معنی است که کاتالیزور را می توان در حجم زیادی از زباله های فلج اطفال غیرقانونی اعمال کرد.
در هنگام فعال شدن ، کاتالیزور این پلاستیک های سخت را با ارزش کم به روغنهای مایع و موم تبدیل می کند ، که می تواند در محصولاتی با ارزش بالاتر مانند سوخت ، روان کننده و شمع تنظیم شود. کاتالیزور را می توان به طور مکرر و به طور خاص مورد استفاده مجدد قرار داد ، همچنین قادر به تخریب پلاستیک های آلوده به پلی وینیل کلرید (PVC) ، یک ماده سمی است که مدتهاست تبدیل پلاستیک ها را “غیرممکن” می دانند.
چالش های اصلی و پتانسیل برای شکستن
این مطالعه اخیراً در مجله منتشر شده است شیمی طبیعی.
توبین مارکس در شمال غربی ، نویسنده ارشد این مطالعه می گوید: “یکی از بزرگترین موانع در بازیافت پلاستیک ، همواره نیاز به مرتب سازی دقیق زباله های پلاستیکی بر اساس نوع است.” “کاتالیزور جدید ما می تواند این قدم گران و پر زحمت را به پلاستیک های پلی الفین معمولی دور بزند ، که باعث می شود بازیافت کارآمدتر ، عملی و اقتصادی از استراتژی های فعلی باشد.”
Jossi Kratish از Northwestern ، Corigor ، مطابق با هماهنگی کاغذ ، می گوید: “وقتی مردم به پلاستیک فکر می کنند ، احتمالاً به پلی الفین ها فکر می کنند.” “در اصل ، تقریباً همه چیز موجود در یخچال شما مبتنی بر بطری های ادویه پلی الیفین و سس سالاد ، کوزه های شیر ، بسته بندی پلاستیکی ، کیسه های زباله ، کاپشن های یکبار مصرف ، جعبه های آب میوه و موارد دیگر است. این پلاستیک ها عمر بسیار کوتاهی دارند.
یک کارشناس کاتالیز متعلق به جهان ، مارکس استاد شیمی کاتالیزوری ولادیمیر N. Ipatiph در کالج هنر و علوم شمال غربی در شمال غربی وینبرگ و استاد مهندسی شیمیایی و ارگانیک در دانشکده مهندسی مک کرمی در شمال غربی است. او همچنین دانشکده ای در موسسه پایداری و انرژی پائولا M. Trienns است. Kratish دستیار تحقیقاتی در گروه مارکس و مدرس پیوست در موسسه Trienne است. چینگنگ لای ، همکار تحقیقاتی در گروه مارکس ، اولین نویسنده این مطالعه است. مارکس ، کراتیش و لای این مطالعه را با جفری میلر ، استاد مهندسی شیمی در دانشگاه پارتو انجام دادند. مایکل ویسلوسکی ، کلر همیلتون استاد شیمی در وینبرگ ؛ و تاکشی کوبایاشی ، محقق آزمایشگاه ملی ایمس.
فلج اطفال
از فنجان های ماست و بسته های میان وعده گرفته تا بطری هایی با شامپو و ماسک های پزشکی ، پلاستیک های پلی الیفین بخشی از زندگی روزمره هستند. آنها پلاستیکی پرکاربرد در جهان هستند که در مقادیر عظیمی تولید می شوند. در برخی تخمین ها ، بیش از 220 میلیون تن محصولات پلی الیفین هر سال در سراسر جهان تولید می شود. با این حال ، طبق گزارشی از سال 2023 در مجله ذاتدرصد بازیافت برای این پلاستیک ها کم مشکل هستند و بین کمتر از 1 ٪ تا 10 ٪ در سراسر جهان کاهش می یابد.
این بازیافت بازیافت بد عمدتاً به دلیل دوام پلی الیفین ها است. ساختار آنها از مولکولهای کوچک مرتبط با پیوندهای کربن-کربن تشکیل شده است که شکستن آن قوی و دشوار است.
کراتیش گفت: “وقتی ما کاتالیزور را طراحی می کنیم ، به سمت نقاط ضعف می رویم.” “اما پلی الیفین ها هیچ پیوند ضعیفی ندارند. هر رابطه فوق العاده قوی و از نظر شیمیایی غیر فعال است.”
مشکلات مربوط به فرایندهای حاضر
در حال حاضر فقط چند مورد ، کمتر از فرآیندهای ایده آل وجود دارد که می توانند فلج اطفال را بازیافت کنند. می توان آن را به پوسته هایی خرد کرد ، که سپس ذوب می شوند و پایین می آیند تا گلوله های پلاستیکی با کیفیت پایین تشکیل دهند. اما از آنجا که انواع مختلفی از پلاستیک ها دارای نقاط ذوب متفاوت هستند ، این روند کارگران را ملزم به پراکندگی انواع مختلف پلاستیک می کند. حتی مقادیر کمی از پلاستیک های دیگر ، باقیمانده مواد غذایی یا مواد غیر پلاستیک می توانند یک دسته کامل را به خطر بیاندازند. و این دسته های به خطر افتاده مستقیم به محل دفن زباله می روند.
گزینه دیگر شامل گرمایش پلاستیک به درجه حرارت فوق العاده بالا است و به 400 تا 700 درجه می رسد درجه سانتیگراداگرچه این فرایند پلاستیک های پلییلفین را به مخلوط مفیدی از گازها و مایعات تجزیه می کند ، اما بسیار انرژی است.
کراتیش گفت: “البته همه چیز را می توان سوزاند.” “اگر انرژی کافی را اعمال می کنید ، می توانید چیزی را به دی اکسید کربن و آب تبدیل کنید. اما ما می خواستیم یک روش زیبا برای افزودن حداقل مقدار انرژی برای استخراج محصول با حداکثر ارزش پیدا کنیم.”
مهندسی دقیق
برای افشای این راه حل زیبا ، مارک ها ، فاحشه ها و تیم آنها برای هیدروژنولیز تلاش می کنند ، فرایندی که از گاز هیدروژن و یک کاتالیزور برای تجزیه پلاستیک های پلی فیک به هیدروکربن های کوچکتر و مفید استفاده می کند. در حالی که رویکردهای هیدروژنولیز در حال حاضر وجود دارد ، آنها معمولاً به دمای بسیار بالا و کاتالیزورهای گران قیمت که از فلزات گرانبها مانند پلاتین و پالادیوم ساخته شده اند ، نیاز دارند.
لای گفت: “مقیاس تولید پلی الیفین بسیار زیاد است ، اما سهام فلزی گرانبها در سراسر جهان بسیار محدود است.” “ما نمی توانیم از تمام عرضه فلز برای شیمی استفاده کنیم. و حتی اگر این کار را انجام دهیم ، هنوز هم برای مقابله با مشکل پلاستیکی کافی نخواهد بود. به همین دلیل ما به فلزات فراوان زمین علاقه مند هستیم.”
تیم شمال غربی به دلیل کاتالیزور خود برای بازیافت پلی الیفین ، نیکل کاتیون را شناسایی کرده است که توسط نیکلو فراوان ، ارزان و تجاری در دسترس است. در حالی که کاتالیزورهای مبتنی بر نانوذرات نیکل دارای مکان های واکنش متعددی هستند ، این تیم در یک مکان یک کاتالیزور مولکولی را طراحی می کند.
طراحی یک سایت به کاتالیزور اجازه می دهد تا به عنوان یک اسکالپل بسیار تخصصی عمل کند-ترجیحاً اوراق قرضه کربن کربن را برش دهد ، نه ابزار کسل کننده ای کمتر کنترل شده که به طور غیرقانونی کل ساختار پلاستیک را تجزیه می کند. در نتیجه ، کاتالیزور امکان تجزیه انتخابی پلی الیفین های شاخه ای (مانند پلی پروپیلن ایزوتاکتیک) را در هنگام مخلوط شدن با پلی الیفین های فرآوری نشده – به طور موثری آنها را از نظر شیمیایی تقسیم می کند.
کراتیش می گوید: “در مقایسه با سایر کاتالیزورهای مبتنی بر نیکل ، فرآیند ما از یک کاتالیزور در یک مکان استفاده می کند که در دمای 100 درجه پایین تر و نیمی از فشار گاز هیدروژن کار می کند.” “ما همچنین از 10 برابر کمتر کار در کاتالیزور استفاده می کنیم و فعالیت ما 10 برابر بزرگتر است. بنابراین ما در همه دسته ها پیروز می شویم.”
با آلودگی تسریع می شود
پایگاه کاتالیزور نیکل با داشتن یک سایت فعال ، دقیقاً تعریف شده و منزوی خود ، فعالیت و ثبات بی سابقه ای دارد. کاتالیزور بسیار حرارتی و از نظر شیمیایی پایدار است ، در واقع کنترل را حفظ می کند ، حتی در صورت قرار گرفتن در معرض آلاینده هایی مانند PVC. PVC که در لوله ها ، کفپوش ها و وسایل پزشکی استفاده می شود ، از نظر بصری شبیه به سایر انواع پلاستیک است ، اما هنگام گرم شدن به طور قابل توجهی پایدار است. پس از تجزیه ، PVC گاز را از کلرید هیدروژن آزاد می کند ، یک محصول بسیار خورنده که معمولاً کاتالیزورها را غیرفعال می کند و روند بازیافت را مختل می کند.
شگفت آور است که نه تنها کاتالیزور شمال غربی نه تنها در برابر آلودگی PVC مقاومت می کند ، پی وی سی در واقع فعالیت خود را تسریع می کند. حتی هنگامی که وزن کل مخلوط زباله از 25 ٪ PVC تشکیل شده است ، دانشمندان دریافتند که کاتالیزور آنها هنوز با عملکرد بهبود یافته کار می کند. این نتیجه غیر منتظره نشان می دهد که روش تیم می تواند بر یکی از بزرگترین موانع در بازیافت پلاستیک مختلط غلبه کند – تخریب زباله ها به دلیل آلودگی PVC “غیرممکن” در نظر گرفته می شود. کاتالیزور همچنین می تواند از طریق چندین چرخه با درمان ساده با آلکیل آلومینیوم ارزان بازسازی شود.
کراتیش گفت: “افزودن PVC به مخلوط بازیافت همیشه ممنوع بوده است.” “اما بدیهی است که این روند ما را بهتر می کند. این دیوانه است. قطعاً چیزی نیست که کسی انتظار داشته باشد.”
اطلاعات: “کاتالیزور ارگانومی تک پایدار ترجیحا هیدروژن ، پلی الفین C-با اتصالات” با qingheng lai ، Xinrui Zhang ، Shan Jiang ، Matthew D. Krzyaniak ، Slim Alayoglu ، Amol Agarwal R. Wasiewski ، Jeffry T. Misportsi ، Yosi ، Yosi Kratish. شیمی طبیعیحرف
doi: 10.1038/s41557-025-01892-y
پشتیبانی شده توسط وزارت انرژی ایالات متحده (شماره جایزه DE-SC002448) و شرکت شیمیایی DOW.
هرگز موفقیت را از دست ندهید: به خبرنامه Scitechdaily بپیوندید.
