Tăng cường tính bền vững của nhựa bằng cách sử dụng chất thải lưu huỳnh
Tác giả: Theresa Hübner, Đại học Bayreuth
Trước và sau khi tái chế trong 1 giờ ở nhiệt độ 130°C. Nguồn: Angewandte Chemie International Edition (2025). DOI: 10.1002/anie.202501337
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Bayreuth đã tìm ra cách làm cho nhựa bền vững hơn bằng cách sử dụng chất thải lưu huỳnh từ quá trình lọc dầu. Họ đã phát triển một phương pháp cho phép tích hợp dễ dàng cái gọi là liên kết lưu huỳnh động vào polyester. Phát hiện của họ đã được công bố trên tạp chí Angewandte Chemie International Edition.
Polyester là loại nhựa đa năng có trong nhiều vật dụng hàng ngày như chai PET, bao bì, ba lô và quần áo. Chúng được ưa chuộng vì có khả năng phân hủy dễ dàng hơn, khiến chúng bền vững hơn các loại nhựa khác.
Tuy nhiên, ngay cả polyester cũng có chỗ để cải thiện khi nói đến khả năng tái chế: trong quá trình tái chế nhiệt và cơ học, chất lượng có thể giảm sút, nghĩa là polyester tái chế thường có các đặc tính kém hơn so với vật liệu nguyên chất. Do đó, polyester không thể được tái chế vô thời hạn.
Một cách tiếp cận đầy hứa hẹn để đáp ứng thách thức này liên quan đến việc kết hợp các liên kết hóa học mới có thể dễ dàng mở và đóng, do đó cải thiện đáng kể tính bền vững của các vật liệu này.
Liên kết động là các liên kết hóa học có thể bị phá vỡ và hình thành lại một cách dễ dàng, điều này rất quan trọng đối với các vật liệu bền vững. Điều này cho phép sửa chữa hoặc định hình lại vật liệu mà không bị phân hủy thành các thành phần cơ bản của chúng. Việc phá vỡ và hình thành lại các liên kết này thường được kiểm soát bởi chất xúc tác - một chất tạo điều kiện hoặc tăng tốc phản ứng hóa học.
Lưu huỳnh nguyên tố, một sản phẩm phụ của quá trình lọc dầu, chứa các liên kết động như vậy. Tuy nhiên, việc tích hợp các liên kết lưu huỳnh động vào polyester đã được chứng minh là khó khăn. Một nhóm nghiên cứu do Giáo sư Tiến sĩ Alex Plajer, Giáo sư Hóa học Đại phân tử tại Đại học Bayreuth đứng đầu, hiện đã thành công trong việc đưa các liên kết lưu huỳnh động vào polyester bằng một phương pháp mới được phát triển.
Ngoài lưu huỳnh nguyên tố, phương pháp này còn cần đến epoxit—một loại vật liệu khởi đầu hóa học được sử dụng rộng rãi. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng có thể sử dụng nhiều loại epoxit, bao gồm cả những loại thường được sử dụng trong công nghiệp hoặc thậm chí có nguồn gốc từ các nguồn tự nhiên. Điều này cho phép tùy chỉnh các đặc tính của polyme thu được—ví dụ, chúng cứng hay mềm, hoặc ở nhiệt độ nào chúng hoạt động giống như thủy tinh.
Ngoài ra, quá trình tổng hợp polyester chỉ cần một chất xúc tác đơn giản: lithium alkoxide. Hợp chất này dễ sản xuất, thân thiện với người dùng trong thực hành phòng thí nghiệm và cho phép xúc tác trong điều kiện tương đối nhẹ, giúp tiết kiệm năng lượng và giảm chi phí.
"Điều thú vị là chúng tôi phát hiện ra rằng sự tham gia của lưu huỳnh—đặc biệt là cái gọi là vòng S8—làm tăng tốc phản ứng tạo ra liên kết động. Một số bộ phận nhất định của polyme thu được dường như hỗ trợ quá trình xúc tác. Đây là một cơ chế khá bất thường", Plajer cho biết.
Các polyester được sản xuất bằng liên kết lưu huỳnh động đủ ổn định để trải qua quá trình biến đổi tiếp theo. Ví dụ, thông qua các phản ứng hóa học tiếp theo, vật liệu có thể được liên kết chéo, cho phép sử dụng như một chất kết dính có thể tái sử dụng, có thể được xử lý bằng nhiệt hoặc phân hủy bằng axit.
Thông tin thêm: Cesare Gallizioli và cộng sự, Truy cập nâng cao về mặt động học vào Nền tảng Polyester động thông qua Terpolymer hóa chọn lọc trình tự của Lưu huỳnh nguyên tố, Angewandte Chemie International Edition (2025). DOI: 10.1002/anie.202501337
