Các nhà khoa học tăng cường khả năng tái chế nhựa thải

Các nhà khoa học tăng cường khả năng tái chế nhựa thải

    Các nhà khoa học tăng cường khả năng tái chế nhựa thải
    của Savannah Mitchem, Phòng thí nghiệm quốc gia Argonne

    Scientists enhance recyclability of waste plastic


    Ảnh: Tạp chí của Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ (2022). DOI: 10.1021/jacs.2c11949
    Nhựa là vật liệu đáng kinh ngạc với các đặc tính vô giá đối với hoạt động của thế giới hiện đại của chúng ta. Chúng mạnh mẽ, linh hoạt, linh hoạt, lâu dài và không tốn kém. Đặc biệt, polyetylen mật độ cao (HDPE) phổ biến trong các ứng dụng sử dụng một lần như bao bì và thùng chứa. Bạn có thể đã nhìn thấy nó được dán nhãn số hai bên trong biểu tượng tái chế hình tam giác.

    Nhưng cách chúng ta sản xuất HDPE và các phương pháp hiện tại để tái chế nó gây ra các mối đe dọa đối với sức khỏe của chính chúng ta và hành tinh của chúng ta. Nhiều sản phẩm HDPE được làm từ nhiên liệu hóa thạch (dầu thô, khí tự nhiên hoặc than đá) và có lượng khí thải carbon lớn. Và thay vì được tái sử dụng hoặc tái chế, hầu hết chất thải nhựa HDPE được đốt, đổ vào bãi chôn lấp hoặc xả rác ra môi trường. Khi nó được tái chế, chất lượng của vật liệu xuống cấp.

    Các nhà khoa học tại Viện Hợp tác Tái chế Nhựa (iCOUP) của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE) đã phát triển một phương pháp mới để tái chế HDPE. Bằng cách sử dụng một phương pháp xúc tác mới, các nhà khoa học iCOUP từ Phòng thí nghiệm quốc gia Argonne của DOE và Đại học Cornell đã biến nhựa HDPE rác thải thành một vật liệu mới có thể tái chế nhiều lần mà không làm giảm chất lượng.

    Một bài báo mô tả công việc của họ đã được xuất bản trên Tạp chí của Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ.

    "Nhựa sẽ ở bên chúng ta mãi mãi. Chúng cung cấp chức năng mà không vật liệu nào khác có thể cung cấp. Chúng ta cần tìm cách giảm tác hại của việc sử dụng nhựa bằng cách cải thiện khả năng tái chế", Massimiliano Delferro, nhà khoa học của Argonne cho biết.

    Phương pháp mới của nhóm chuyển đổi HDPE đã sử dụng thành vật liệu có thể tái chế hoàn toàn và có khả năng phân hủy sinh học với các đặc tính cơ học và nhiệt tương tự như nhựa sử dụng một lần ban đầu. Nếu được áp dụng rộng rãi, các phương pháp như thế này cuối cùng có thể giúp giảm lượng khí thải carbon và ô nhiễm liên quan đến HDPE.

    Geoffrey Coates của Đại học Cornell, một nhà khoa học khác trong nghiên cứu cho biết: “Chúng tôi đang sử dụng nhựa phế thải làm nguồn thay vì nhiên liệu hóa thạch. "Thay vì khoan dầu và gây ô nhiễm môi trường, chúng tôi đang sử dụng những thứ mà lẽ ra sẽ bị đốt hoặc bỏ lại ở bãi rác."

    Giống như các loại nhựa khác, HDPE bao gồm các chuỗi nguyên tử dài được gọi là chuỗi polyme. Phương pháp mới của nhóm sử dụng một loạt chất xúc tác—hoặc hóa chất làm tăng tốc phản ứng hóa học—để phá vỡ chuỗi polyme HDPE thành các đoạn ngắn hơn có chứa các nhóm nguyên tử phản ứng ở cuối. Những mảnh đó sau đó có thể được ghép lại với nhau hoặc tái trùng hợp để tạo thành các sản phẩm nhựa mới. Các nhóm đầu phản ứng có thêm lợi ích là làm cho nhựa mới dễ phân hủy hơn, cả trong phòng thí nghiệm và có khả năng xảy ra trong tự nhiên.

    Nhóm Argonne đã thực hiện vòng xúc tác đầu tiên trên các sản phẩm HDPE đã qua sử dụng, bao gồm bình đựng nước và bao bì. Các chất xúc tác chọn ngẫu nhiên những điểm cần thay đổi trong chuỗi polyme để khiến chúng phản ứng. Các nhà khoa học để nhựa HDPE với chất xúc tác càng lâu thì càng có nhiều chuỗi được kích hoạt.

    Sau đó, nhóm Cornell lấy các chuỗi polyme đã hoạt hóa này và cho chúng tiếp xúc với một chất xúc tác khác. Ở giai đoạn này, chất xúc tác sẽ phá vỡ các chuỗi và tiếp tục thay đổi các đầu để cho phép lắp ráp lại.

    Thách thức chính là tái tạo các đặc tính vật liệu tương tự của HDPE—chẳng hạn như độ bền và tính linh hoạt so với độ giòn—trong vật liệu mới. Khi các chất xúc tác phá vỡ HDPE, điều quan trọng là vẫn còn đủ các chuỗi polyme dài để liên kết với nhau như các sợi chỉ, làm cho vật liệu đàn hồi hơn trước ứng suất.

    Khi nhóm Cornell ban đầu tái trùng hợp vật liệu được xúc tác, nó giòn hơn nhiều so với nhựa HDPE ban đầu. Sau đó, họ tinh chỉnh các chất xúc tác để phá vỡ các chuỗi polymer theo cách cung cấp lượng phân nhánh được kiểm soát khi vật liệu được tái trùng hợp. Sự phân nhánh này cho phép các chuỗi hình thành từ các nhóm cuối, do đó làm tăng độ dài trung bình của các chuỗi trong vật liệu thu được. Cách tiếp cận này đã tạo ra một loại vật liệu có cùng tính chất như nhựa HDPE ban đầu và khả năng tái chế cao hơn.

    Công việc trong tương lai sẽ tập trung vào việc đánh giá khả năng phân hủy sinh học của vật liệu mới và giảm lượng kim loại có giá trị được sử dụng cho chất xúc tác để giảm tổng chi phí tái chế. Nhóm nghiên cứu cũng hy vọng có thể áp dụng chiến lược của họ cho các loại nhựa thông thường khác.

    Ngoài Coates và Delferro, các tác giả còn có Alejandra Arroyave từ Argonne và Shilin Cui, Andrew Kocen, Anne LaPointe và Jaqueline Lopez từ Đại học Cornell.

    Zalo
    Hotline