Virginia Techin tutkijat muuttavat polyeteenin saippuaksi innovatiivisella tekniikalla kierrättämällä. Tämä löytö perustuu odottamattomaan samankaltaisuuteen polyeteenin ja saippuan valmistuksessa käytettyjen rasvahappojen välillä. Ryhmä loi onnistuneesti lyhytketjuisia polyeteenimolekyylejä hajottamalla polyeteeniketjut uudella lämpötilagradienttitermolyysiprosessilla. Tästä voidaan nyt tehdä saippuaa.
Virginia Techin tutkijat ovat menestyksekkäästi kehittäneet innovatiivisen tekniikan, ja he valmistavat saippuaa polyeteenistä. Prosessi sisältää muovien muuttamisen arvokkaiksi pinta-aktiivisiksi aineiksi. Näitä kemikaaleja käytetään laajalti välttämättömien päivittäisten tuotteiden, kuten saippuan ja pesuaineiden, valmistuksessa.
Muovit ja saippuat eroavat suuresti rakenteeltaan, ulkonäöltään ja, mikä tärkeintä, käytännön sovelluksistaan. Näiden kahden välillä on yllättävä molekyyliyhteys. Polyeteenillä, joka on yksi maailmanlaajuisesti eniten käytetyistä muoveista, on huomattavan paljon samankaltaisuutta kuin rasvahapon kemiallinen rakenne. Tätä rasvahappoa käytetään kemiallisena esiasteena saippuan valmistuksessa. Vaikka molemmat materiaalit on valmistettu pitkistä hiiliketjuista, ketjun loppua kohti rasvahapoissa on ylimääräinen atomiryhmä.
Polyeteenin ja rasvahappojen samankaltaisuudet saivat Virginia Tech College of Sciencen kemian apulaisprofessorin Guoliang ”Greg” Liun uskomaan, että polyeteeni voitaisiin muuttaa rasvahapoiksi . Muutamalla lisävaiheella tätä voitaisiin käyttää saippuan valmistukseen. Hänen piti löytää tapa katkaista pitkä polyeteeniketju lyhyemmiksi ketjuiksi, mutta ei liian lyhyiksi.
Myös tehokkuus oli tärkeää. Liu uskoi vakaasti, että kierrätysprosessin mullistamiseen oli valtava mahdollisuus muuttamalla näennäisesti merkityksetön muovijäte arvokkaaksi ja käytännölliseksi hyödykkeeksi.
Inspiraation lähde
Viihtyisästä talvi-illasta takan ääressä Liu sai hetken inspiraatiota. Hän havaitsi tulesta nousevan savun ja tajusi, että se koostui pienistä hiukkasista, jotka syntyivät puun palaessa. Vaikka on tärkeää välttää muovin polttamista takoissa turvallisuus- ja ympäristösyistä, Liun uteliaisuus heräsi, kun hän pohti polyeteenin turvallisen polttamisen mahdollista tulosta laboratoriossa.
Kemian laitoksen biotieteiden Blackwood Junior Faculty Fellowship -stipendiaatin haltija Liu sanoi: ”Polttopuut on valmistettu enimmäkseen polymeereistä, kuten selluloosasta. Polttopuun palaminen hajottaa nämä polymeerit lyhyiksi ketjuiksi ja sitten pieniksi kaasumaisiksi molekyyleiksi ennen täydellistä hapettumista hiilidioksidiksi.”
”Jos hajotamme synteettiset polyeteenimolekyylit samalla tavalla, mutta pysäytämme prosessin ennen kuin ne hajoavat kokonaan pieniksi kaasumaisiksi molekyyleiksi, meidän pitäisi saada lyhytketjuisia, polyeteenin kaltaisia molekyylejä”, professori Liu lisäsi.
Liu teki yhteistyötä laboratoriossaan kemian tohtoriopiskelijoiden Zhen Xun ja Eric Munyanezan kanssa rakentaakseen kompaktin ja tehokkaan uunia muistuttavan reaktorin. Tämä innovatiivinen rakenne mahdollisti lämpötilagradienttitermolyysin soveltamisen polyeteenin lämmittämiseen , mikä tuotti poikkeuksellisia tuloksia.
Katso myös : Keinotekoisen muovisfäärin muovia syövät sienet voivat auttaa torjumaan maailmanlaajuista jätettä
Process
Uunin pohjalla lämpötila on riittävän korkea polymeeriketjujen repeämiseksi , kun taas yläosassa se jäähdytetään riittävän alhaiseen lämpötilaan estääkseen lisähajoamisen. Termolyysiprosessin jälkeen he keräsivät jäljellä olevan aineen, joka muistutti noen poistamista savupiipusta. Heidän ilokseen Liun intuitio oli osoittautunut oikeaksi, sillä se koostui lyhytketjuisesta polyeteenistä , tarkemmin sanottuna vahojen muodossa.
Professori Liun mukaan ”tämä oli ensimmäinen askel muovien saippuaksi kierrätysmenetelmän kehittämisessä.”
Tutkijat muuntavat polyeteenin saippuaksi kierrätyksen avulla, joka on maailman ensimmäinen muovista valmistettu saippua . Sitten tiimi lisäsi muutaman vaiheen, kuten saippuoinnin, saippuan valmistukseen liittyvän prosessin . Prosessin edistämiseksi tiimi pyysi apua laskennallisen mallinnuksen asiantuntijoilta, talousanalyytikoilta ja muilta ammattilaisilta.
Monet näistä asiantuntijoista otettiin mukaan heidän yhteyksiensä ansiosta Virginia Techin Macromolecules Innovation Institute -instituuttiin. Ryhmä työskenteli yhteistyössä dokumentoidakseen ja tehostaakseen uudelleen kierrätysprosessia, saavuttaen pisteen, jossa se on nyt valmis jaettavaksi tiedeyhteisön kanssa.
Artikkelin pääkirjoittaja Zhen Xu sanoi: ”Tutkimuksemme osoittaa uuden tavan muovin kierrätykseen ilman uusia katalyyttejä tai monimutkaisia menetelmiä. Tässä työssä olemme osoittaneet tandem-strategian potentiaalin muovin kierrätyksessä. Tämä valaisee ihmisiä kehittämään luovempia kierrätysmenetelmiä tulevaisuudessa.”
Katso myös : Bakteerit, jotka voivat pelastaa planeetan jatkuvasti kasvavalta muoviongelmalta
Koskee muita muoveja
Polyeteeni oli alkuperäinen muovi, joka innostaa tätä projektia. Kierrätysmenetelmää voidaan kuitenkin soveltaa myös toiseen muoviin, polypropeeniin . Tuotepakkauksista elintarvikeastioihin ja kankaisiin, nämä kaksi materiaalia muodostavat merkittävän osan muoveista, joihin kuluttajat törmäävät päivittäin.
Upcycling-tekniikan edut
Liun innovatiivinen kierrätysmenetelmä on edullinen seuraavilla tavoilla.
- Verrattuna tiettyihin tällä hetkellä käytössä oleviin kierrätystekniikoihin, se eliminoi erityisen muovilajittelun tarpeen saastumisen estämiseksi.
- Se voi työstää saumattomasti molempia muovityyppejä samanaikaisesti, mikä eliminoi työläs erottelun tarpeen.
- Tämä ei ainoastaan lisää menetelmän kustannustehokkuutta, vaan myös minimoi sen ympäristöjalanjälkeä.
- Tämä kierrätystekniikka vaatii aluksi vain muovia ja lämpöä. Vaikka prosessin myöhemmät vaiheet vaativat joitain ylimääräisiä ainesosia vahamolekyylien muuntamiseksi rasvahapoiksi ja saippuaksi, muovin ensimmäinen muuntaminen on yksinkertainen ja suora reaktio.
Vaatimukset kierrätyksen tehostamiseksi
Jotta kierrätyksellä olisi merkittävä vaikutus, lopputuotteella on oltava riittävästi arvoa prosessin kustannusten korvaamiseksi, vaan myös taloudellisesti houkuttelevammaksi kuin käytettävissä olevat kierrätysvaihtoehdot. Saippualla ja siihen liittyvillä tuotteilla on suuri kysyntä, samoin kuin muovien kysyntä.
Professori Liu sanoi: ”Tämä tutkimus luo pohjan uudelle tavalle vähentää jätettä kanavoimalla käytettyjä muoveja muiden hyödyllisten materiaalien tuotantoon.”
Hän toivoo, että kierrätyslaitokset maailmanlaajuisesti ottavat vähitellen käyttöön tämän tekniikan. Kuluttajat voivat lopulta ostaa innovatiivisia ja kestäviä saippuatuotteita, jotka auttavat vähentämään muovijätteen määrää kaatopaikoilla.
”Tästä syystä muovien muuttaminen saippuoiksi voidaan osoittaa taloudellisesti kannattavaksi”, professori Liu lisäsi.
Pääkirjoittaja Zhen Xu sanoi: ”On ymmärrettävä, että muovisaaste on maailmanlaajuinen haaste eikä vain muutaman valtavirran maan ongelma. Verrattuna hienostuneeseen prosessiin ja monimutkaiseen katalyyttiin tai reagenssiin yksinkertainen prosessi voi olla helpommin saatavilla monille muille maille maailmanlaajuisesti. Toivon, että tämä voi olla hyvä alku muovisaasteen vastaiselle sodalle.”
Professori Liu on jäsenenä nanotiedeohjelmassa, joka on arvostettu osa College of Sciencen arvostettua Integrated Science -akatemiaa. Lisäksi hän on myös sidoksissa tunnetun Virginia Tech College of Engineeringin materiaalitieteen ja tekniikan laitokseen. Tutkijat muuttavat polyeteenin saippuaksi kierrättämällä, ja projekti sisälsi yhteistyötä kemiantekniikan laitoksen tutkijoiden kanssa. Yhteistyöllä oli tärkeä rooli tutkimuspaperin kehittämisessä.
Lähde Polyeteenin, polypropeenin ja seosten kemiallinen kierrätys arvokkaiksi pinta-aktiivisiksi aineiksi
