Các nhà khoa học cải tiến quy trình biến chất thải nhựa khó tái chế thành nhiên liệu
bởi Matthew Carroll, Đại học Bang Pennsylvania
Hilal Ezgi Toraman, Virginia S. và Philip L. Walker Jr. Nghiên cứu sinh của Khoa Năng lượng và Khoáng sản Gia đình John và Willie Leone tại Penn State. Nhà cung cấp hình ảnh: Đại học bang Penn
Biến rác thải nhựa thành các sản phẩm hữu ích thông qua tái chế hóa học là một trong những chiến lược để giải quyết vấn đề ô nhiễm nhựa ngày càng tăng của Trái đất. Các nhà khoa học cho biết, một nghiên cứu mới có thể cải thiện khả năng của một phương pháp, được gọi là nhiệt phân, để xử lý nhựa hỗn hợp khó tái chế - như bao bì thực phẩm nhiều lớp - và tạo ra nhiên liệu như một sản phẩm phụ.
Nhiệt phân liên quan đến việc đốt nóng nhựa trong môi trường không có oxy, khiến vật liệu bị phân hủy và tạo ra nhiên liệu lỏng hoặc khí mới trong quá trình này. Tuy nhiên, các ứng dụng thương mại hiện tại hoặc hoạt động dưới quy mô cần thiết hoặc chỉ có thể xử lý một số loại nhựa nhất định, các nhà khoa học cho biết.
Hilal Ezgi Toraman, trợ lý giáo sư về kỹ thuật năng lượng và kỹ thuật hóa học tại Penn State cho biết: “Chúng tôi có hiểu biết rất hạn chế về nhiệt phân hỗn hợp nhựa. "Hiểu được tác động tương tác giữa các polyme khác nhau trong quá trình tái chế tiên tiến là rất quan trọng trong khi chúng tôi đang cố gắng phát triển các công nghệ có thể tái chế nhựa thải thực sự."
Các nhà khoa học đã tiến hành đồng nhiệt phân hai loại nhựa phổ biến nhất, polyethylene mật độ thấp (LDPE) và polyethylene terephthalate (PET), cùng với các chất xúc tác khác nhau để nghiên cứu tác động tương tác giữa các loại nhựa. Họ phát hiện ra một chất xúc tác có thể là một ứng cử viên tốt để chuyển đổi hỗn hợp chất thải LDPE và PET thành nhiên liệu lỏng có giá trị. Chất xúc tác là vật liệu được thêm vào quá trình nhiệt phân có thể hỗ trợ quá trình này, như làm cho nhựa phân hủy có chọn lọc và ở nhiệt độ thấp hơn.
"Loại công việc này có thể cho phép chúng tôi cung cấp các hướng dẫn hoặc đề xuất cho ngành công nghiệp", Toraman, là Nghiên cứu viên Khoa Virginia S. và Philip L. Walker Jr. tại Khoa Năng lượng và Khoáng sản của Gia đình John và Willie Leone tại Penn, cho biết. Tiểu bang. "Điều quan trọng là phải khám phá ra loại hợp lực tồn tại giữa các vật liệu này trong quá trình tái chế nâng cao và loại ứng dụng nào mà chúng có thể phù hợp trước khi mở rộng quy mô."
Nhựa, LDPE và PET, thường được tìm thấy trong bao bì thực phẩm, thường bao gồm các lớp vật liệu nhựa khác nhau được thiết kế để giữ cho sản phẩm tươi và an toàn, nhưng cũng khó tái chế bằng các quy trình truyền thống vì các lớp phải được tách ra, đó là một quá trình tốn kém.
"Nếu bạn muốn tái chế chúng, về cơ bản bạn cần phải tách các lớp đó ra và có thể làm gì đó với các luồng đơn lẻ", Toraman nói. "Nhưng nhiệt phân có thể xử lý nó, vì vậy đó là một lựa chọn rất quan trọng. Không dễ để tìm ra một kỹ thuật có thể chấp nhận sự phức tạp lộn xộn đó của các vật liệu nhựa khác nhau này."
Các nhà khoa học cho biết, bước đầu tiên để phát triển các quy trình nhiệt phân thương mại phụ thuộc vào việc có hiểu biết cơ học tốt hơn về cách hỗn hợp chất thải nhựa năng động phân hủy và tương tác.
Các nhà khoa học đã tiến hành nhiệt phân LDPE và PET riêng biệt và cùng nhau và quan sát hiệu ứng tương tác giữa hai polyme trong các thử nghiệm với từng loại trong ba chất xúc tác mà họ sử dụng. Các nhà khoa học đã báo cáo kết quả nghiên cứu trên tạp chí Reaction Chemistry & Engineering.
Toraman cho biết: “Chúng tôi thấy các sản phẩm có thể là ứng cử viên rất tốt cho việc ứng dụng xăng.
Nhóm nghiên cứu cũng phát triển một mô hình động học có thể mô hình hóa chính xác các hiệu ứng tương tác quan sát được trong quá trình đồng nhiệt phân LDPE và PET với từng chất xúc tác. Mô hình động học cố gắng dự đoán hành vi của một hệ thống và rất quan trọng để hiểu rõ hơn tại sao các phản ứng lại xảy ra.
Nhóm nghiên cứu của Toraman tập trung vào thực hiện các thí nghiệm trong các điều kiện được xác định rõ ràng và được kiểm soát tốt để tìm hiểu các hiệu ứng tương tác trong quá trình tái chế nhựa hỗn hợp tiên tiến và các cơ chế phản ứng tương ứng.
Toraman nói: “Các nghiên cứu có hệ thống và cơ bản về việc tìm hiểu các đường phản ứng và phát triển các mô hình động học là những bước đầu tiên hướng tới việc tối ưu hóa quy trình. "Nếu chúng ta không có mô hình động học đúng, cơ chế phản ứng của chúng ta chính xác, thì nếu chúng ta mở rộng quy mô cho các nhà máy thí điểm hoặc các hoạt động quy mô lớn, kết quả sẽ không chính xác."
Toraman cho biết cô hy vọng nghiên cứu dẫn đến trách nhiệm môi trường tốt hơn trong việc phục hồi, xử lý và sử dụng tài nguyên Trái đất.
Một phân tích toàn cầu về tất cả các loại nhựa sản xuất hàng loạt cho thấy tính đến thời điểm hiện tại, ước tính có tổng cộng 8,3 tỷ tấn nhựa mới được tạo ra trên toàn thế giới. Tính đến năm 2015, 79% chất thải nhựa, có chứa nhiều hóa chất độc hại, đã được tích tụ trong các bãi chôn lấp hoặc môi trường tự nhiên với khoảng 12% được đốt và chỉ có 9% được tái chế.
“Bất cứ điều gì chúng ta làm vẫn tốt hơn là không làm gì cả,” Toraman nói. "Chúng ta cần đưa những loại nhựa đó vào nền kinh tế một lần nữa, để có một nền kinh tế tuần hoàn, nếu không chúng sẽ chỉ nằm trong các bãi chôn lấp, rửa trôi các chất độc hại tiềm tàng vào đất và nước hoặc làm ô nhiễm các đại dương. Vì vậy, làm một điều gì đó, tìm kiếm một giá trị, còn hơn không. Nhựa hiện được coi là chất thải vì chúng ta coi những tài nguyên quý giá này như chất thải. "
Các nhà nghiên cứu khác của Penn State trong dự án này là Sean Timothy Okonsky, nghiên cứu sinh tiến sĩ Khoa Kỹ thuật Hóa học, và J.V. Jayarama Krishna, nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại Khoa Năng lượng và Khoáng sản của Gia đình John và Willie Leone.
