Polystyrene, vật liệu chính trong bộ đồ ăn bằng nhựa và vật liệu cách nhiệt, là một loại polymer được sử dụng rộng rãi nhưng hiện rất khó tái chế. Báo cáo trên tạp chí Angewandte Chemie International Edition, một nhóm các nhà nghiên cứu Hoa Kỳ hiện đã phát triển một phương pháp nhiệt hóa, giúp thu hồi các hóa chất có giá trị từ chất thải polystyrene trong một quy trình hai bước đơn giản. Cách tiếp cận mới này có thể cho phép tái chế vật liệu cách nhiệt và đóng gói để tạo ra một nền kinh tế nhựa thực sự tuần hoàn.
Nguồn: Hóa học ứng dụng Phiên bản quốc tế (2023). DOI: 10.1002/anie.202307042
Guoliang Liu và các đồng tác giả từ Virginia Tech ở Blacksburg, Hoa Kỳ giải thích: Công nghệ "Tăng cường tái chế phân hủy" (gọi tắt là Deg-Up) mới được phát triển giúp có thể sản xuất nhiều loại hóa chất thơm có giá trị cao từ chất thải polystyrene . Quá trình này bao gồm một chuỗi hai bước: trong bước đầu tiên, polystyrene bị phân hủy để tạo ra benzen là sản phẩm phân hủy chính và trong bước thứ hai, sản phẩm benzen này được biến đổi về mặt hóa học trong cùng một lò phản ứng. Quá trình này tạo ra các dẫn xuất benzen, bao gồm nhiều chất quan trọng cho ngành công nghiệp mỹ phẩm và dược phẩm.
Các phương pháp phân hủy polystyrene thành benzen thường đòi hỏi chất xúc tác đắt tiền, tiêu tốn nhiều năng lượng hoặc tạo ra hỗn hợp sản phẩm phức tạp. Phương pháp nhiệt hóa mới của Liu và các đồng nghiệp sử dụng chất xúc tác nhôm clorua rẻ tiền và có thể được thực hiện trong các lò phản ứng ở nhiệt độ vừa phải 80°C (khoảng 180°F). Một ưu điểm khác của phương pháp của họ là sử dụng thông minh dung môi benzen. Liu cho biết: “Chỉ có lượng benzen thu hồi từ polyme mới được chuyển đổi thành hóa chất mong muốn. Dung môi không sử dụng có thể được tái chế để xử lý nhiều thức ăn polyme hơn”.
Để chứng minh ý tưởng, nhóm nghiên cứu đã hòa tan nhiều loại chất thải polystyrene khác nhau, chẳng hạn như đậu phộng đóng gói và đồ dùng bằng nhựa, trong benzen, rồi đun nóng hỗn hợp trong lò phản ứng trong điều kiện không có không khí với nhôm clorua làm thuốc thử duy nhất. Sản phẩm lỏng, bao gồm chủ yếu là benzen , có thể được sử dụng trực tiếp để thu được các hóa chất có giá trị gia tăng mong muốn với hiệu suất cao và độ chọn lọc cao.
Ví dụ, bằng cách thêm thuốc thử acetyl clorua, nhóm nghiên cứu đã thu được acetophenone, một hóa chất quan trọng trong ngành công nghiệp mỹ phẩm và dược phẩm. Bằng cách thêm thuốc thử oxalyl clorua có liên quan, nhóm nghiên cứu đã thu được benzophenone, một thành phần phổ biến trong các sản phẩm chống nắng và phụ gia nhựa. Ngoài ra, các chất thơm chứa lưu huỳnh, một số chất được sử dụng làm dung môi hiệu suất cao trong ngành công nghiệp polyme, được sản xuất với mức độ chọn lọc cao từ chất thải polystyrene.
Mục tiêu của phương pháp tái chế hóa chất mới này là tái chế khối lượng lớn chất thải polystyrene thành các hóa chất có giá trị gia tăng cho các quy trình công nghiệp khác . Có mật độ thấp, vật liệu cách nhiệt polystyrene không phù hợp với tái chế cơ học (tức là quá trình phân loại, băm nhỏ và vận chuyển vật liệu để sản xuất sản phẩm mới có lợi nhuận). Mặt khác, quy trình Deg-Up được mô tả ở đây là mạnh mẽ, có khả năng chịu ô nhiễm và phù hợp làm nền tảng cho quá trình tái chế hóa học chất thải polystyrene khối lượng lớn .
