प्लास्टिक को पुनःचक्रित करके उसे उपयोगी साबुन में परिवर्तित करना

वर्जीनिया टेक में, एक अभिनव तकनीक के माध्यम से, शोधकर्ता अपसाइक्लिंग के माध्यम से पॉलीइथिलीन को साबुन में परिवर्तित करते हैं। यह खोज पॉलीइथिलीन और फैटी एसिड के बीच अप्रत्याशित समानता पर आधारित है, जिसका उपयोग साबुन बनाने के लिए किया जाता है। टीम ने एक नई तापमान-ढाल थर्मोलिसिस प्रक्रिया का उपयोग करके पॉलीइथिलीन श्रृंखलाओं को तोड़कर शॉर्ट-चेन पॉलीइथिलीन अणुओं को सफलतापूर्वक बनाया। इसका उपयोग अब साबुन बनाने के लिए किया जा सकता है।

वर्जीनिया टेक के शोधकर्ताओं ने एक अभिनव तकनीक विकसित की है, और वे पॉलीइथिलीन से साबुन बना रहे हैं। इस प्रक्रिया में प्लास्टिक को मूल्यवान सर्फेक्टेंट में बदलना शामिल है। इन रसायनों का व्यापक रूप से साबुन और डिटर्जेंट जैसे आवश्यक रोज़मर्रा के उत्पादों के उत्पादन में उपयोग किया जाता है।

प्लास्टिक और साबुन अपनी बनावट, दिखावट और सबसे महत्वपूर्ण रूप से उनके व्यावहारिक अनुप्रयोगों के मामले में बहुत अलग हैं। दोनों के बीच एक आश्चर्यजनक आणविक संबंध है। पॉलीइथिलीन, दुनिया भर में सबसे अधिक इस्तेमाल किए जाने वाले प्लास्टिक में से एक है, जो फैटी एसिड की रासायनिक संरचना के साथ उल्लेखनीय रूप से निकटता प्रदर्शित करता है। इस फैटी एसिड का उपयोग साबुन के उत्पादन के लिए एक रासायनिक अग्रदूत के रूप में किया जाता है। भले ही दोनों पदार्थ कार्बन की लंबी श्रृंखलाओं से बने हों, फैटी एसिड में श्रृंखला के अंत में परमाणुओं का एक अतिरिक्त समूह होता है।

पॉलीइथिलीन और वसा अम्लों के बीच समानता को देखते हुए , वर्जीनिया टेक कॉलेज ऑफ साइंस में रसायन विज्ञान के एसोसिएट प्रोफेसर गुओलियांग "ग्रेग" लियू का मानना ​​था कि पॉलीइथिलीन को वसा अम्लों में परिवर्तित करना संभव है । कुछ अतिरिक्त चरणों के साथ, इसका उपयोग साबुन बनाने में किया जा सकता था। उन्हें एक ऐसा तरीका खोजना था जिससे पॉलीइथिलीन की लंबी श्रृंखला को छोटी श्रृंखलाओं में तोड़ा जा सके, लेकिन इतनी छोटी भी नहीं कि वे बहुत छोटी हो जाएं।

दक्षता भी महत्वपूर्ण थी। लियू का दृढ़ विश्वास था कि प्लास्टिक कचरे को एक मूल्यवान और व्यावहारिक वस्तु में बदलकर अपसाइक्लिंग की प्रक्रिया में क्रांति लाने का एक विशाल अवसर मौजूद है ।

प्रेरणा स्रोत

चिमनी के पास एक आरामदायक सर्दियों की शाम का आनंद लेते हुए, लियू को प्रेरणा का एक पल मिला। उसने आग से उठते धुएं को देखा और महसूस किया कि यह लकड़ी के जलने से बनने वाले छोटे कणों से बना है। जबकि सुरक्षा और पर्यावरण संबंधी चिंताओं के कारण फायरप्लेस में प्लास्टिक को जलाने से बचना महत्वपूर्ण है, लियू की जिज्ञासा तब बढ़ गई जब उसने प्रयोगशाला में पॉलीइथाइलीन को सुरक्षित रूप से जलाने के संभावित परिणाम पर विचार किया।

रसायन विज्ञान विभाग में जीवन विज्ञान के ब्लैकवुड जूनियर फैकल्टी फेलोशिप धारक लियू ने कहा, "लकड़ी मुख्य रूप से सेलुलोज जैसे पॉलिमर से बनी होती है। लकड़ी के जलने से ये पॉलिमर छोटी श्रृंखलाओं में टूट जाते हैं, और फिर कार्बन डाइऑक्साइड में पूर्ण ऑक्सीकरण से पहले छोटे गैसीय अणुओं में परिवर्तित हो जाते हैं।"

प्रोफेसर लियू ने आगे कहा, "अगर हम इसी तरह सिंथेटिक पॉलीइथिलीन अणुओं को तोड़ते हैं, लेकिन उन्हें पूरी तरह से छोटे गैसीय अणुओं में टूटने से पहले ही प्रक्रिया को रोक देते हैं, तो हमें छोटी श्रृंखला वाले, पॉलीइथिलीन जैसे अणु प्राप्त होने चाहिए।"

ल्यू ने अपनी प्रयोगशाला में रसायन विज्ञान के दो पीएचडी छात्रों, झेन जू और एरिक मुन्यानेज़ा के साथ मिलकर एक ओवन के समान दिखने वाला एक छोटा और कुशल रिएक्टर बनाया। इस अभिनव डिजाइन ने तापमान-प्रवणता ऊष्मा अपघटन का उपयोग करके पॉलीइथिलीन को गर्म करने में मदद की , जिससे असाधारण परिणाम प्राप्त हुए।

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प्रक्रिया

ओवन के निचले हिस्से का तापमान इतना अधिक हो जाता है कि बहुलक श्रृंखलाएं टूट जाती हैं , जबकि ऊपरी हिस्से का तापमान इतना कम कर दिया जाता है कि आगे कोई विघटन न हो। ऊष्मा अपघटन प्रक्रिया के बाद , उन्होंने बचे हुए पदार्थ को इकट्ठा किया, जो चिमनी से कालिख हटाने जैसा था। उनकी खुशी का ठिकाना नहीं रहा जब लियू का अनुमान सही साबित हुआ, क्योंकि इसमें लघु-श्रृंखला पॉलीइथिलीन , विशेष रूप से मोम के रूप में मौजूद था।

प्रोफेसर लियू के अनुसार, "प्लास्टिक को साबुन में अपसाइकल करने की विधि विकसित करने की दिशा में यह पहला कदम था।"

शोधकर्ताओं ने अपसाइक्लिंग के माध्यम से पॉलीइथिलीन को साबुन में परिवर्तित किया, जो प्लास्टिक से बना विश्व का पहला साबुन है। टीम ने फिर साबुन बनाने की प्रक्रिया में सैपोनिफिकेशन जैसे कुछ और चरण जोड़े । प्रक्रिया को और आगे बढ़ाने के लिए, टीम ने कम्प्यूटेशनल मॉडलिंग विशेषज्ञों, आर्थिक विश्लेषकों और अन्य पेशेवरों की सहायता ली।

इनमें से कई विशेषज्ञों को वर्जीनिया टेक के मैक्रोमोलेक्यूल्स इनोवेशन इंस्टीट्यूट के साथ उनके संबंधों के कारण शामिल किया गया था। समूह ने अपसाइक्लिंग प्रक्रिया को सावधानीपूर्वक दस्तावेजित करने और उसे बेहतर बनाने के लिए मिलकर काम किया, और इस बिंदु पर पहुंच गया कि अब इसे वैज्ञानिक समुदाय के साथ साझा करने के लिए तैयार किया गया है।

इस शोध पत्र के प्रमुख लेखक झेन जू ने कहा, “हमारे शोध से पता चलता है कि बिना किसी नए उत्प्रेरक या जटिल प्रक्रिया का उपयोग किए प्लास्टिक के पुनर्चक्रण का एक नया तरीका है। इस कार्य में, हमने प्लास्टिक पुनर्चक्रण के लिए एक समन्वित रणनीति की क्षमता प्रदर्शित की है। इससे भविष्य में पुनर्चक्रण प्रक्रियाओं के अधिक रचनात्मक डिजाइन विकसित करने में लोगों को प्रेरणा मिलेगी।”

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अन्य प्लास्टिक पर लागू

पॉलीइथिलीन वह मूल प्लास्टिक था जिसने इस परियोजना को प्रेरित किया। हालांकि, अपसाइक्लिंग विधि को पॉलीप्रोपाइलीन नामक एक अन्य प्लास्टिक पर भी लागू किया जा सकता है । उत्पाद पैकेजिंग से लेकर खाद्य कंटेनर और कपड़ों तक, ये दोनों सामग्रियां उन प्लास्टिक का एक महत्वपूर्ण हिस्सा बनाती हैं जिनसे उपभोक्ता दैनिक रूप से रूबरू होते हैं।

अपसाइक्लिंग तकनीक के लाभ

लियू की अभिनव अपसाइक्लिंग विधि निम्नलिखित तरीकों से लाभप्रद है।

1. वर्तमान में उपयोग में आने वाली कुछ रीसाइक्लिंग तकनीकों की तुलना में, यह संदूषण को रोकने के लिए विशेष प्लास्टिक छंटाई की आवश्यकता को समाप्त कर देता है।
2. यह दोनों प्रकार के प्लास्टिक को एक साथ निर्बाध रूप से संसाधित कर सकता है, जिससे उन्हें अलग करने की श्रमसाध्य आवश्यकता समाप्त हो जाती है।
3. इससे न केवल विधि की लागत-प्रभावशीलता में वृद्धि होती है, बल्कि इससे पर्यावरण पर होने वाला प्रभाव भी न्यूनतम हो जाता है।
4. इस अपसाइक्लिंग तकनीक में शुरुआत में केवल प्लास्टिक और गर्मी की आवश्यकता होती है। हालाँकि प्रक्रिया के बाद के चरणों में मोम के अणुओं को फैटी एसिड और साबुन में बदलने के लिए कुछ अतिरिक्त सामग्री की आवश्यकता होती है, लेकिन प्लास्टिक का प्रारंभिक रूपांतरण एक सरल और प्रत्यक्ष प्रतिक्रिया है।

अपसाइक्लिंग को प्रभावी बनाने की आवश्यकताएं

अपसाइक्लिंग के महत्वपूर्ण प्रभाव के लिए, अंतिम उत्पाद में इतना मूल्य होना चाहिए कि वह न केवल प्रक्रिया के खर्चों की भरपाई कर सके बल्कि उपलब्ध रीसाइक्लिंग विकल्पों की तुलना में इसे आर्थिक रूप से अधिक आकर्षक भी बना सके। साबुन और संबंधित उत्पादों की मांग प्लास्टिक की मांग के समान ही बहुत अधिक है।

प्रोफेसर लियू ने कहा, "यह शोध प्रयुक्त प्लास्टिक को अन्य उपयोगी सामग्रियों के उत्पादन में लगाकर कचरे को कम करने के एक नए तरीके की नींव रखता है।"

उन्हें उम्मीद है कि दुनिया भर में रिसाइकिलिंग सुविधाएं धीरे-धीरे इस तकनीक को अपनाएंगी। उपभोक्ता अंततः अभिनव और टिकाऊ साबुन उत्पाद खरीदने में सक्षम हो सकते हैं जो लैंडफिल में प्लास्टिक कचरे को कम करने में मदद करते हैं।

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प्रोफेसर लियू ने आगे कहा, "इसी कारण से, प्लास्टिक को साबुन में बदलना आर्थिक रूप से व्यवहार्य साबित किया जा सकता है।"

अध्ययन के प्रमुख लेखक झेन जू ने कहा, “यह समझना महत्वपूर्ण है कि प्लास्टिक प्रदूषण कुछ प्रमुख देशों की समस्या नहीं बल्कि एक वैश्विक चुनौती है। जटिल प्रक्रियाओं और उत्प्रेरक या अभिकर्मकों की तुलना में, एक सरल प्रक्रिया विश्व के कई अन्य देशों के लिए अधिक सुलभ हो सकती है। मुझे उम्मीद है कि यह प्लास्टिक प्रदूषण के खिलाफ लड़ाई में एक अच्छी शुरुआत साबित होगी।”

प्रोफेसर लियू नैनोसाइंस प्रोग्राम में सदस्य हैं, जो कॉलेज ऑफ साइंस के प्रतिष्ठित एकेडमी ऑफ इंटीग्रेटेड साइंस का एक प्रतिष्ठित हिस्सा है। इसके अलावा, वे प्रसिद्ध वर्जीनिया टेक कॉलेज ऑफ इंजीनियरिंग के मैटेरियल्स साइंस एंड इंजीनियरिंग विभाग से भी जुड़े हुए हैं। शोधकर्ता अपसाइक्लिंग के माध्यम से पॉलीइथिलीन को साबुन में बदलते हैं और इस परियोजना में केमिकल इंजीनियरिंग विभाग के शोधकर्ताओं के साथ सहयोग शामिल है। इस सहयोग ने शोध पत्र के विकास में योगदान देने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई।

स्रोत: पॉलीइथिलीन, पॉलीप्रोपाइलीन और इनके मिश्रणों का रासायनिक अपसाइक्लिंग करके उच्च-मूल्य वाले सर्फेक्टेंट बनाना