À Virginia Tech, grâce à une technique innovante, des chercheurs transforment le polyéthylène en savon par surcyclage. Cette découverte repose sur la similitude inattendue entre le polyéthylène et les acides gras, utilisés dans la fabrication du savon. L'équipe a réussi à créer des molécules de polyéthylène à chaîne courte en décomposant les chaînes de polyéthylène grâce à un nouveau procédé de thermolyse à gradient de température. Ce procédé peut désormais être utilisé pour fabriquer du savon.
Des chercheurs de Virginia Tech ont développé une technique innovante et fabriquent du savon à partir de polyéthylène. Ce procédé consiste à transformer les plastiques en tensioactifs précieux. Ces produits chimiques sont largement utilisés dans la production de produits essentiels du quotidien comme le savon et les détergents.
Les plastiques et les savons sont très différents en termes de texture, d'apparence et, surtout, d'applications pratiques. Il existe un lien moléculaire surprenant entre les deux. Le polyéthylène, l'un des plastiques les plus utilisés au monde, présente une structure chimique très proche de celle d'un acide gras. Cet acide gras est utilisé comme précurseur chimique pour la production de savon. Bien que les deux matériaux soient constitués de longues chaînes de carbone, un groupe d'atomes supplémentaire se trouve à l'extrémité de la chaîne des acides gras.
Les similitudes entre le polyéthylène et les acides gras ont conduit Guoliang « Greg » Liu, professeur associé de chimie à Collège des sciences Virginia Tech, de croire que c'était il est possible de convertir le polyéthylène en acides grasAvec quelques étapes supplémentaires, cela pourrait servir à fabriquer du savon. Il devait trouver un moyen de briser une longue chaîne de polyéthylène en chaînes plus courtes, mais pas trop courtes.
L'efficacité était également un critère important. Liu était convaincu qu'il existait une immense opportunité de révolutionner le processus de surcyclage, en transformant les matériaux apparemment obsolètes. des déchets plastiques insignifiants en un produit précieux et pratique.
Source d'inspiration
Alors qu'il profitait d'une agréable soirée d'hiver au coin du feu, Liu eut une inspiration. Il observa la fumée qui s'élevait du feu et réalisa qu'elle était constituée de fines particules produites par la combustion du bois. S'il est important d'éviter de brûler du plastique dans les cheminées pour des raisons de sécurité et d'environnement, la curiosité de Liu fut piquée lorsqu'il réfléchit aux conséquences potentielles de la combustion sécuritaire du polyéthylène en laboratoire.
Titulaire d'une bourse Blackwood Junior Faculty Fellowship en sciences de la vie au département de chimie, Liu a déclaré : Le bois de chauffage est principalement composé de polymères comme la cellulose. La combustion du bois décompose ces polymères en courtes chaînes, puis en petites molécules gazeuses avant leur oxydation complète en dioxyde de carbone.
« Si nous décomposons de la même manière les molécules de polyéthylène synthétique, mais que nous arrêtons le processus avant qu'elles ne se décomposent en petites molécules gazeuses, nous devrions alors obtenir des molécules à chaîne courte, semblables au polyéthylène. » Le professeur Liu a ajouté.
Liu a collaboré avec Zhen Xu et Éric Munyaneza, deux doctorants en chimie de son laboratoire, pour construire un réacteur compact et efficace ressemblant à un four. Cette conception innovante a facilité la application de la thermolyse à gradient de température pour chauffer le polyéthylène, donnant des résultats extraordinaires.
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Le processus
Le four atteint une température au fond suffisamment élevée pour rompre les chaînes polymères, tandis qu'au sommet, il est refroidi à une température suffisamment basse pour éviter toute dégradation supplémentaire. procédé de thermolyseIls récupérèrent la substance restante, comme s'ils retiraient la suie d'une cheminée. À leur grande joie, l'intuition de Liu s'avéra juste. constitué de polyéthylène à chaîne courte, plus précisément sous forme de cires.
Selon le professeur Liu, « C’était la première étape dans le développement d’une méthode de recyclage des plastiques en savon. »
Les chercheurs transforment le polyéthylène en savon grâce au recyclage, qui est le premier savon au monde fabriqué à partir de plastique. L'équipe a ensuite ajouté quelques étapes supplémentaires, comme la saponification, un processus impliqué dans la fabrication du savonAfin de faire avancer le processus, l’équipe a sollicité l’aide d’experts en modélisation informatique, d’analystes économiques et d’autres professionnels.
Plusieurs de ces experts ont été recrutés grâce à leurs liens avec le Macromolecules Innovation Institute de Virginia Tech. Le groupe a collaboré pour documenter et améliorer minutieusement le processus de surcyclage, le rendant ainsi prêt à être partagé avec la communauté scientifique.
Zhen Xu, a déclaré l'auteur principal de l'article, Nos recherches démontrent une nouvelle voie pour la valorisation du plastique, sans recourir à de nouveaux catalyseurs ni à des procédés complexes. Ces travaux démontrent le potentiel d'une stratégie en tandem pour le recyclage du plastique. Cela permettra de développer des procédés de valorisation plus créatifs à l'avenir.
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Applicable sur d'autres plastiques
Le polyéthylène était le plastique initial à l'origine de ce projet. Cependant, la méthode de surcyclage peut également être appliquée à un autre plastique appelé polypropylèneDes emballages de produits aux contenants alimentaires en passant par les tissus, ces deux matériaux constituent une part importante des plastiques que les consommateurs rencontrent quotidiennement.
Avantages de la technique de l'upcycling
La méthode innovante de recyclage de Liu présente les avantages suivants.
- Comparé à certaines techniques de recyclage actuellement utilisées, il élimine la nécessité d’un tri particulier du plastique pour éviter la contamination.
- Il peut traiter simultanément les deux types de plastiques de manière transparente, éliminant ainsi le besoin d'une séparation laborieuse.
- Cela contribue non seulement à la rentabilité de la méthode, mais minimise également son empreinte environnementale.
- Cette technique de surcyclage ne nécessite que du plastique et de la chaleur au départ. Si les étapes suivantes nécessitent des ingrédients supplémentaires pour transformer les molécules de cire en acides gras et en savon, la conversion initiale du plastique est une réaction simple et directe.
Conditions requises pour rendre le recyclage efficace
Pour que l'upcycling ait un impact significatif, le produit final doit posséder une valeur suffisante pour non seulement compenser les coûts du processus, mais aussi le rendre plus attractif économiquement que les alternatives de recyclage disponibles. Le savon et les produits dérivés sont très demandés, tout comme le plastique.
Le professeur Liu a déclaré : « Cette recherche jette les bases d’une nouvelle façon de réduire les déchets en canalisant les plastiques usagés vers la production d’autres matériaux utiles. »
Il espère que les installations de recyclage du monde entier adopteront progressivement cette technique. Les consommateurs pourront ainsi éventuellement acheter des savons innovants et durables qui contribueront à réduire les déchets plastiques dans les décharges.
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« Pour cette raison, il peut être démontré que la transformation des plastiques en savons est économiquement viable », a ajouté le professeur Liu.
L'auteur principal Zhen Xu a déclaré : Il faut comprendre que la pollution plastique est un défi mondial plutôt qu'un problème de quelques pays. Comparé à un procédé sophistiqué et à un catalyseur ou un réactif complexe, un procédé simple pourrait être plus accessible à de nombreux autres pays. J'espère que cela constituera un bon début pour la lutte contre la pollution plastique.
Le professeur Liu est membre du programme de nanosciences, une branche prestigieuse de la prestigieuse Académie des sciences intégrées de la Faculté des sciences. Il est également affilié au Département de science et d'ingénierie des matériaux du célèbre Virginia Tech College of Engineering. Les chercheurs transforment le polyéthylène en savon par surcyclage et le projet a nécessité une collaboration avec des chercheurs du Département de génie chimique. Cette collaboration a joué un rôle essentiel dans l'élaboration de l'article de recherche.
