Ученые перерабатывают ранее не подлежавший вторичной переработке пластик

Автор: Мичиганский университет, 21 января 2023 г.

Переработка – это процесс преобразования отходов в новые продукты. Это помогает сохранить природные ресурсы и сократить количество отходов, отправляемых на свалки. Это простой и эффективный способ уменьшить воздействие отходов на окружающую среду и способствовать устойчивому развитию.

ПВХ, или поливинилхлорид, является широко используемым пластиком в США и во всем мире, занимая третье место в мире по объему.

Его можно найти в различных повседневных товарах, включая больничное оборудование, такое как трубки, пакеты для крови и маски, а также водопроводные трубы. ПВХ также используется в строительных материалах, таких как оконные рамы, отделка жилья, сайдинг и напольные покрытия. Кроме того, он используется в покрытиях электропроводки и в различных предметах, таких как занавески для душа, палатки, брезенты и одежда.

В Соединенных Штатах он также имеет нулевой уровень переработки.

Теперь исследователи из Мичиганского университета во главе с первым автором исследования Даниэль Фаньяни и главным исследователем Энн МакНил обнаружили способ химической переработки ПВХ в пригодный для использования материал. Самая удачная часть исследования? Исследователи нашли способ использовать фталаты в пластификаторах — один из самых вредных компонентов ПВХ — в качестве медиатора химической реакции. Их результаты опубликованы в журнале Nature Chemistry.

"PVC is the kind of plastic that no one wants to deal with because it has its own unique set of problems," said Fagnani, who completed the work as a postdoctoral researcher in the U-M Department of Chemistry. "PVC usually contains a lot of plasticizers, which contaminate everything in the recycling stream and are usually very toxic. It also releases hydrochloric acidAny substance that when dissolved in water, gives a pH less than 7.0, or donates a hydrogen ion." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">кислоту очень быстро и при небольшом нагревании».

Пластик обычно перерабатывается путем его плавления и преобразования в материалы более низкого качества в процессе, называемом механической переработкой. Но когда к ПВХ применяется тепло, один из его основных компонентов, называемый пластификаторами, очень легко выщелачивается из материала, говорит Макнил.

Затем они могут попасть в другие пластмассы в потоке переработки. Кроме того, соляная кислота легко выделяется из ПВХ при нагревании. Это может привести к коррозии оборудования для переработки и вызвать химические ожоги кожи и глаз, что не идеально для работников завода по переработке отходов.

Более того, фталаты — распространенный пластификатор — являются высокотоксичными эндокринными разрушителями, а это означает, что они могут влиять на гормон щитовидной железы, гормоны роста и гормоны, участвующие в репродукции у млекопитающих, включая человека.

Итак, чтобы найти способ переработки ПВХ, не требующий нагрева, Фаньяни начал изучать электрохимию. Попутно она и ее команда обнаружили, что пластификатор, который представляет собой одну из основных проблем при переработке, можно использовать в методе разрушения ПВХ. Фактически пластификатор повышает эффективность метода, а электрохимический метод решает вопрос с соляной кислотой.

«Мы обнаружили, что он все еще выделяет соляную кислоту, но с гораздо более медленной и более контролируемой скоростью», — сказал Фаньяни.

По словам Фаньяни, ПВХ — это полимер с углеводородной основой, состоящий из одиночных углерод-углеродных связей. К каждой второй углеродной группе присоединена группа хлора. При термической активации соляная кислота быстро отрывается, в результате чего вдоль основной цепи полимера образуется двойная углерод-углеродная связь.

Но вместо этого исследовательская группа использует электрохимию, чтобы ввести в систему электрон, в результате чего система приобретает отрицательный заряд. Это разрывает связь углерод-хлорид и приводит к образованию отрицательно заряженного иона хлорида. Поскольку исследователи используют электрохимию, они могут измерить скорость, с которой электроны вводятся в систему, что контролирует скорость производства соляной кислоты.