Naudojant cheminį perdirbimą, kad būtų išvengta milijonų tonų atliekų

Naudotos sauskelnės

Kasmet sąvartynuose išverdama 3,5 milijono tonų sauskelnių.

Šių vystyklų viduje esanti superabsorbuojanti medžiaga yra sudaryta iš polimerų matricos, kuri plečiasi po drėgmės. Polimerai yra ilga pasikartojančių vienetų grandinė ir šiuo atveju sauskelnių sugerianti medžiaga yra pagaminta iš poliakrilo polimero. rūgštis.

Mičigano universiteto komanda sukūrė būdą, kaip išleisti šiuos sugeriančius polimerus ir perdirbti į medžiagas, panašias į lipnius lipnius užrašus ir juostas. Rezultatai skelbiami kasmet Gamtos komunikacijos.

Apskritai perdirbimą galima suskirstyti į mechaninį ir cheminį perdirbimą.

„Dauguma žmonių galvoja apie mechaninį perdirbimą: jūs atskiriate skirtingus plastikus pagal jų tapatybę, padalijate juos į mažus gabalėlius, išlydote ir pakartotinai naudojate, o tai sumažina produkto kokybę“, – sakė UM chemikė Anne McNeil, atitinkama autorė. popieriaus.

Dėl mechaninio perdirbimo gaunamos žemos kokybės medžiagos, nes skirtingų kompanijų plastikai gaminami skirtingai: polimerai gali būti skirtingo ilgio grandinės arba modifikuoti naudojant skirtingus priedus ir dažus.

„Yra tiek daug problemų, paprastai viskas perdirbama ir baigiasi kaip kilimų pluoštas ar parko suoliukas“, – sakė McNeil, kurio laboratorijoje daugiausia dėmesio skiriama cheminiam plastiko perdirbimui. „Cheminis perdirbimas yra idėja naudoti chemines medžiagas ir chemines transformacijas, kad būtų sukurta pridėtinės vertės medžiaga arba bent jau tokia vertinga medžiaga kaip originalas“.

Paprastai plastiko pageidaujamos savybės, tokios kaip kietumas ir ilgaamžiškumas, yra atsakingos už perdirbimo sunkumus. Visų pirma, mažai tikėtina, kad polimerai lūžtų, nes jie yra palaikomi per stabilias jungtis.

McNeil, chemijos ir makromolekulinių mokslų ir inžinerijos profesorius, ir Takunda Chazovachii, neseniai UM absolventė, įgijusi daktaro laipsnį polimerų chemijos srityje, kartu su „Procter & Gamble“ sukūrė trijų etapų procesą, kuris superabsorbuojančius polimerus paverčia daugkartinėmis medžiagomis. šiuo atveju – klijai. Metodas turėjo būti efektyvus energijai ir sugebėti išplėsti pramoniniu mastu.

„Ypač sunkiai sugeriančius polimerus perdirbti yra labai sunku, nes jie sukurti taip, kad atlaikytų degradaciją ir nuolat sulaikytų vandenį“, – sakė Chazovachiki. „Superabsorbuojantys polimerai ir klijai gaunami iš akrilo rūgšties. Ši bendra kilmė paskatino perdirbimo idėją “.

McNeil sako, kad polimerai superabsorbuojančiose medžiagose atrodo kaip austas žvejybos tinklas, išskyrus tai, kad vietoj korinio tinklo šie polimerai turi kryžminį ryšį kas 2000 vienetų, o tai yra daugiau nei pakankamai, kad būtų sukurta netirpi tinklelio struktūra. Norėdami perdirbti šias medžiagas, tyrėjai turėjo rasti būdą, kaip tinklo polimerą surišti į vandenyje tirpias grandines. Chazovachii nustatė, kad kai šie polimerai kaitinami prieš rūgštį ar bazę, jų kryžminiai ryšiai nutrūksta.

Tyrėjai taip pat turėjo nustatyti, ar šie procesai bus perspektyvūs pramoniniu mastu. Bendradarbiai Madeline Somers, UM Grahamo tvarumo instituto mokslinė asistentė, ir Jose Alfaro, UM Aplinkos ir tvarumo mokyklos mokslininkas, atliko gyvavimo ciklo vertinimą. Jie sužinojo, kad naudojant šį rūgštinį polimerų skaidymo metodą jų visuotinio atšilimo potencialas, pagrįstas anglies dioksido išsiskyrimu, būtų 10 kartų mažesnis ir kad jiems prireiktų 10 kartų mažiau energijos nei naudojant bazinį metodą.

Tuomet mokslininkai turėjo sutrumpinti ilgas polimerų grandines medžiagos viduje, kad gautų skirtingų tipų klijus. Chazovachii ultragarsas buvo realizuotas – naudojant mažus oro burbuliukus, kurie sprogo, kad sulaužytų polimerų grandines, kurios galėjo supjaustyti grandines į gabalus, nekeisdamos cheminių grandinių savybių.

„Mums labai patiko šis metodas, nes tai lengvas ir paprastas mechaninis procesas“, – sakė jis. „Jis skaido polimerą, tačiau palieka nepažeistus jo pagrindinius komponentus ar rūgščių grupes, todėl su juo galite atlikti kitas reakcijas“.

Galiausiai Chazovachii, padedamas chemijos profesoriaus Paulo Zimmermano ir jo mokinio Michaelio Robo, rūgštines polimerų grandinių grupes pavertė esterių grupėmis. Tai pakeičia jo savybes iš vandenyje tirpių į organines tirpias ir jos tampa lipnios, tarsi klijai. Papildoma premija: šioje reakcijoje naudojamas reagentas, kuris taip pat yra tirpiklis, gali būti perdirbamas ir pakartotinai naudojamas. Išbandęs klijų savybes, Chazovachii suprato, kad ultragarsu nebūtina taikyti tam tikros rūšies klijų, o tai dar labiau supaprastina požiūrį.

Galiausiai mokslininkams reikėjo parodyti, kad klijų kūrimas iš perdirbtų polimerų buvo lengvesnis būdas gaminti klijus su aliejumi nei planetoje. Palyginus su įprasta trajektorija su klijais, autoriai nustatė, kad naudojant perdirbtas sauskelnes visuotinio atšilimo potencialas sumažėja 22%, o energija – 25%.

Mokslininkai teigia dirbantys su jau švariomis sauskelnėmis, tačiau kuria įmones, kurios valo valomas naudojamas sauskelnes, pavyzdžiui, „Procter & Gamble“ priklausančią „FaterSMART“. Be to, Chazovachii sako, kad cheminio perdirbimo sąlygos sunaikintų gyvas bakterijas.

McNeil sako, kad tikisi, kad sintetiniai chemikai, reaguodami į mažas molekules, sutelks dėmesį į polimerus.

„Šis straipsnis kaip tik toks, tačiau didžiąją dalį savo tyrimų ėmiausi šia kryptimi, nes tikiu, kad sintetiniai chemikai turi atvirą galimybę paveikti realaus pasaulio problemą“,-sakė McNeil. „Noriu galvoti apie daugiau žmonių, nes pasaulinė plastiko problema yra tokia didelė, o chemikai gali atlikti svarbų vaidmenį iš naujo įsivaizduodami, ką mes darome su šiomis atliekomis“.

Nuoroda: „Antrojo gyvenimo suteikimas superabsorbuojantiems polimerams kaip slėgiui jautrūs klijai“ P. Takunda Chazovachii, Madeline J. Somers, Michael T. Robo, Dimitris I. Collias, Martin I. James, E. Neil G. Marsh, Paul M. Zimmerman, Jose F. Alfaro ir Anne J. McNeil, 2021 m. Liepos 26 d. Gamtos komunikacijos.
DOI: 10.1038 / s41467-021-24488-9

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Pasukite 3D ritmą Marse ir ištirkite NASA ištvermę

NASA „Mars Perseverance“ roveris rodomas jo stotelėje prie Jezero kraterio, tokiu būdu peržiūrėjus iš „Naršykite ištvermingai“ 3D žiniatinklyje. Šis interaktyvus žiniatinklio įrankis turi...

Prieš 400 000 metų senovės žmonės išsaugotus dramblius pavertė nuostabiais kaulų instrumentais

Kaulų įrankiai buvo iškasti iš Castel di Guido Italijoje. Kreditas: Villa ir kt. 2021 PLOS TASI Senovės žmonės galėjo padaryti nuostabių dalykų su...

Šimtai erelio ruonių, apvyniotų meškerėmis ir tinklais, kasmet sukelia siaubingus sužalojimus ir skaudžias mirtis.

Žvejybos tinklai ir tinklai daro didelę įtaką kailių ruoniams (Arctocephalus pusillus), labiausiai paplitę jūrų žinduoliai, buvo pastebėti Pietų Afrikos ir Namibijos pakrantėse, kur jie...

FDP balsavo 16: 2 ir atmetė Piper vakcinos „oster A“ vakcinos platinimą plačiajai visuomenei.

Šiuo metu nėra trečiosios Kovid-19 vakcinos. Pirmaujanti Maisto ir vaistų administracijos (FDA) mokslinė patariamoji taryba balsavo už tai, kad plačiajai visuomenei būtų atsisakyta suteikti „Pfizer“...

Elon Musk Tesla Bot kelia rimtą susirūpinimą

„Tesla“ kitais metais ketina pristatyti humanoidinio roboto prototipą. Paskola: Tesla Elonas Muskas paskelbė apie humanoidinį robotą, skirtą padėti šioms pasikartojančioms, varginančioms užduotims, kurių žmonės...

Newsletter

Subscribe to stay updated.