Quy trình chuyển đổi túi polyetylen, nhựa thành các khối xây dựng polyme

Quy trình chuyển đổi túi polyetylen, nhựa thành các khối xây dựng polyme

    Quy trình chuyển đổi túi polyetylen, nhựa thành các khối xây dựng polyme
    bởi Đại học California - Berkeley

    Process converts polyethylene bags, plastics to polymer building blocks
    Các nhà hóa học của UC Berkeley đã phát triển một quy trình mới, được gọi là quá trình đồng phân hóa etilen, để phân hủy nhựa polyetylen, chẳng hạn như chai sữa được hiển thị dưới nền, thành propylen - chất tạo nên một loại nhựa khác, polypropylene. Trong đồ thị, các chuỗi polyetylen (các sợi dài giống như mạng lưới được biểu thị ở cấp độ phân tử bằng các hình quả bóng và que) lần đầu tiên được phân tách bằng chất xúc tác kim loại (quả bóng màu xanh lá cây) với sự có mặt của etylen (phía trên bên trái) trong một phản ứng đã biết. là "siêu phân tố olefin." Một phân tử propen được giải phóng là kết quả của quá trình này. Chuỗi polyme ngắn hơn tạo ra (bên phải) có một liên kết đôi cacbon-cacbon ở cuối. Một chất xúc tác khác (bi xanh) bắt đầu một vòng “đồng phân hóa olefin”, trong đó liên kết đôi ở phần cuối của chuỗi polyme được dịch chuyển vào bên trong bởi một nguyên tử cacbon. Chuỗi polyme được đồng phân hóa sau đó đã sẵn sàng để trải qua nhiều chu kỳ phản ứng đồng phân hóa và phản ứng đồng phân hóa cho đến khi tất cả chúng được chuyển hóa thành propylen. Tín dụng: Brandon Bloomer, UC Berkeley


    Nhựa polyetylen - đặc biệt là loại túi nhựa phổ biến làm nổi bật cảnh quan - nổi tiếng là khó tái chế. Chúng cứng cáp và khó bị hỏng, và nếu chúng được tái chế, chúng sẽ được nấu chảy thành một chất hầm polyme hữu ích chủ yếu cho việc đóng ván sàn và các sản phẩm có giá trị thấp khác.

    Nhưng một quy trình mới được phát triển tại Đại học California, Berkeley, và Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Berkeley (Phòng thí nghiệm Berkeley) có thể thay đổi tất cả những điều đó. Quy trình sử dụng chất xúc tác để phá vỡ các polyme polyetylen (PE) dài thành các khối đồng nhất - phân tử propylen ba cacbon - là nguyên liệu để sản xuất các loại nhựa có giá trị cao khác, chẳng hạn như polypropylene.

    Quá trình này, được thừa nhận trong giai đoạn đầu của quá trình phát triển, sẽ biến một sản phẩm phế thải - không chỉ túi nhựa và bao bì, mà tất cả các loại chai nhựa PE - thành một sản phẩm chính có nhu cầu cao. Các phương pháp trước đây để phá vỡ chuỗi polyethylene đòi hỏi nhiệt độ cao và tạo ra hỗn hợp các thành phần có nhu cầu thấp hơn nhiều. Quy trình mới không chỉ có thể làm giảm nhu cầu sản xuất propylene trong nhiên liệu hóa thạch, thường được gọi là propylene, mà còn giúp đáp ứng nhu cầu hiện chưa được đáp ứng của ngành công nghiệp nhựa về nhiều propylene hơn.

    John Hartwig, Đại học UC Berkeley cho biết: "Ở mức độ chúng được tái chế, rất nhiều nhựa polyetylen bị biến thành vật liệu cấp thấp. Henry Rapoport Chủ tịch về Hóa học Hữu cơ. "Nhưng nếu bạn có thể lấy túi polyme đó trở lại monome của nó, chia nhỏ nó thành những mảnh nhỏ và phân giải lại, sau đó thay vì kéo nhiều carbon ra khỏi mặt đất, bạn sử dụng nó làm nguồn carbon để sản xuất những thứ khác — ví dụ: polypropylene. Chúng tôi sẽ sử dụng ít khí đá phiến hơn cho mục đích đó, hoặc cho các mục đích sử dụng khác của propen và để lấp đầy cái gọi là khoảng trống propylene. "

    Nhựa polyethylene chiếm khoảng một phần ba toàn bộ thị trường nhựa trên toàn thế giới, với hơn 100 triệu tấn được sản xuất hàng năm từ nhiên liệu hóa thạch, bao gồm khí tự nhiên thu được từ quá trình nứt vỡ thủy lực, thường được gọi là khí đá phiến.

    Mặc dù có các chương trình tái chế - các sản phẩm PE có thể tái chế được chỉ định bằng nhựa số 2 và 4 - chỉ có khoảng 14% tổng số sản phẩm nhựa polyetylen được tái chế. Do tính ổn định của chúng, các polyme polyetylen rất khó bị phân hủy thành các bộ phận thành phần của chúng, hoặc khử phân tử, vì vậy hầu hết việc tái chế bao gồm nấu chảy nó và đúc thành các sản phẩm khác, như đồ nội thất sân vườn, hoặc đốt nó làm nhiên liệu.

    Tách polyetylen và biến thành proplylen là một cách nâng cao năng suất - nghĩa là tạo ra các sản phẩm có giá trị cao hơn từ chất thải không có giá trị về cơ bản, đồng thời giảm việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch.

    Hartwig và các đồng nghiệp của ông sẽ công bố chi tiết về quy trình xúc tác mới của họ trong tuần này trên tạp chí Science.

    Hai loại chất xúc tác

    Hartwig chuyên sử dụng các chất xúc tác kim loại để chèn các liên kết phản ứng và bất thường vào các chuỗi hydrocacbon, hầu hết trong số đó có nguồn gốc từ dầu mỏ. Các nhóm hóa học mới sau đó có thể được thêm vào tại các liên kết phản ứng này để tạo thành vật liệu mới. Polyetylen hydrocacbon, thường xuất hiện như một chuỗi polyme có lẽ 1.000 phân tử etylen - mỗi etylen bao gồm hai nguyên tử cacbon và bốn nguyên tử hydro - đã cung cấp cho nhóm của ông một thử thách vì tính không phản ứng chung của nó.

    Với khoản tài trợ từ Bộ Năng lượng Hoa Kỳ để nghiên cứu các phản ứng xúc tác mới, Hartwig và các nghiên cứu sinh Steven Hanna và Richard J. "RJ" Conk đã đưa ra ý tưởng phá vỡ hai liên kết carbon-hydro trên polyethylene bằng chất xúc tác — ban đầu, một chất xúc tác iridium và sau đó là chất xúc tác platin-thiếc và platinum-kẽm - để tạo ra một liên kết đôi carbon-carbon phản ứng, sẽ đóng vai trò như một gót chân Achilles. Với vết nứt này trong lớp giáp của các liên kết cacbon-hydro của polyme, sau đó họ có thể tháo gỡ chuỗi polyme bằng phản ứng với etylen và hai chất thêm 

    chất xúc tác itional mà phản ứng hợp tác.

    "Chúng tôi lấy một hydrocacbon bão hòa — tất cả các liên kết đơn carbon-carbon — và loại bỏ một vài phân tử hydro khỏi polyme để tạo ra các liên kết đôi carbon-carbon, phản ứng mạnh hơn các liên kết đơn carbon-carbon. Một vài người đã xem xét điều đó Hartwig nói. "Khi bạn đã có liên kết đôi cacbon-cacbon đó, sau đó bạn sử dụng một phản ứng gọi là phản ứng olefin, phản ứng được trao giải Nobel năm 2005, với ethylene để phân cắt ở liên kết đôi cacbon-cacbon. Bây giờ, bạn đã lấy polyme chuỗi dài này, và bạn đã bẻ nó thành những mảnh nhỏ hơn có chứa liên kết đôi cacbon-cacbon ở cuối. "

    Việc bổ sung chất xúc tác thứ hai, làm bằng palađi, cho phép các phân tử propylen (phân tử ba cacbon) được cắt nhiều lần khỏi đầu phản ứng. Kết quả: 80% polyetylen bị khử thành propylen.

    "Khi chúng ta có một chuỗi dài với một liên kết đôi cacbon-cacbon ở cuối, chất xúc tác của chúng ta sẽ lấy liên kết đôi cacbon-cacbon đó và đồng phân hóa nó, một cacbon trong đó. Ethylene phản ứng với sản phẩm đồng phân hóa ban đầu đó để tạo ra propylen và một chất gần giống nhau, chỉ ngắn hơn, polyme có một liên kết đôi ở cuối. Và sau đó nó lặp đi lặp lại điều tương tự. Nó bước vào một bước, phân cắt; đi vào, phân cắt; đi vào và phân cắt cho đến khi toàn bộ polyme được cắt thành ba-bon các mảnh. Từ một đầu của chuỗi, nó chỉ nhai chuỗi và phun ra propylenes cho đến khi không còn chuỗi nào. "

    Các phản ứng được thực hiện trong một dung dịch lỏng với các chất xúc tác hòa tan, hoặc "đồng thể,". Các nhà nghiên cứu hiện đang nghiên cứu một quy trình sử dụng chất xúc tác không hòa tan, hoặc "không đồng nhất" để đạt được kết quả tương tự, vì chất xúc tác rắn có thể được tái sử dụng dễ dàng hơn.

    Nhóm đã chứng minh rằng quy trình hoạt động với nhiều loại nhựa PE, bao gồm chai sữa trong mờ, chai dầu gội đầu trong suốt, bao bì PE và phần đỉnh bằng nhựa cứng màu đen liên kết các lon nhôm bốn gói. Tất cả đều được khử thành propylene một cách hiệu quả, chỉ cần loại bỏ chất tạo màu.

    Phòng thí nghiệm của Hartwig gần đây cũng sử dụng xúc tác sáng tạo để tạo ra một quy trình biến túi polyethylene thành chất kết dính, một sản phẩm có giá trị khác. Kết hợp với nhau, những quy trình mới này có thể tạo ra vết lõm trong những đống nhựa đang sinh sôi nảy nở cuối cùng ở các bãi rác, sông ngòi và cuối cùng là đại dương.

    Ông nói: “Cả hai đều còn lâu mới được thương mại hóa. "Nhưng có thể dễ dàng thấy được quy trình mới này sẽ chuyển đổi lượng rác thải nhựa lớn nhất thành nguyên liệu hóa chất khổng lồ như thế nào — tất nhiên là với sự phát triển hơn nữa."

    Các đồng tác giả khác của bài báo là Jake Shi, Nicodemo Ciccia, Liang Qi, Brandon Bloomer, Steffen Heuvel, Tyler Wills và giáo sư kỹ thuật hóa học và phân tử sinh học Alexis Bell của UC Berkeley và Ji Yang và nhà khoa học nghiên cứu Ji Su của Berkeley Lab.

    Zalo
    Hotline