В Virginia Tech исследователи с помощью инновационной технологии превращают полиэтилен в мыло путем апсайклинга. Это открытие основано на неожиданном сходстве полиэтилена и жирных кислот, которые используются для изготовления мыла. Команда успешно создала короткоцепочечные молекулы полиэтилена, разбивая полиэтиленовые цепи с помощью нового процесса термолиза с градиентом температуры. Теперь это можно использовать для изготовления мыла.
Исследователи из Virginia Tech успешно разработали инновационную технологию, и они производят мыло из полиэтилена. Процесс включает в себя преобразование пластика в ценные поверхностно-активные вещества. Эти химикаты широко используются в производстве основных повседневных продуктов, таких как мыло и моющие средства.
Пластик и мыло сильно различаются по текстуре, внешнему виду и, что еще важнее, по практическому применению. Между ними существует удивительная молекулярная связь. Полиэтилен, один из наиболее часто используемых пластиков в мире, демонстрирует удивительно близкое сходство с химической структурой жирной кислоты. Эта жирная кислота используется в качестве химического прекурсора для производства мыла. Несмотря на то, что оба материала состоят из длинных цепочек углерода, ближе к концу цепи в жирных кислотах есть дополнительная группа атомов.
Сходство полиэтилена и жирных кислот привело Гуолян «Грег» Лю, доцент кафедры химии в Научный колледж Вирджинии, верить в то, что это было возможно преобразовать полиэтилен в жирные кислоты. С несколькими дополнительными шагами это можно было бы использовать для изготовления мыла. Ему нужно было найти способ разбить длинную полиэтиленовую цепь на более короткие цепи, но не слишком короткие.
Эффективность также была важна. Лю твердо верил, что существует огромная возможность революционизировать процесс переработки отходов, преобразовав, казалось бы, незначительные пластиковые отходы в ценный и практичный товар.
Источник вдохновения
Наслаждаясь уютным зимним вечером у камина, Лю испытал момент вдохновения. Он наблюдал за дымом, поднимающимся от огня, и понял, что он состоит из мелких частиц, образующихся при сгорании древесины. Хотя важно избегать сжигания пластика в каминах из соображений безопасности и охраны окружающей среды, любопытство Лю было задето, когда он размышлял о потенциальном результате безопасного сжигания полиэтилена в лаборатории.
Обладатель стипендии младшего преподавателя Blackwood в области естественных наук на кафедре химии Лю сказал: «Дрова в основном состоят из полимеров, таких как целлюлоза. Сгорание дров разбивает эти полимеры на короткие цепочки, а затем на небольшие газообразные молекулы перед полным окислением до углекислого газа».
«Если мы аналогичным образом разложим молекулы синтетического полиэтилена, но остановим процесс до того, как они полностью распадутся на небольшие газообразные молекулы, то мы должны получить короткоцепочечные молекулы, подобные полиэтилену», добавил профессор Лю.
Лю сотрудничал с Чжэнь Сюй и Эрик Муньянеза, два аспиранта-химика в своей лаборатории, чтобы построить компактный и эффективный реактор, напоминающий печь. Эта инновационная конструкция облегчила применение термолиза градиента температуры для нагрева полиэтилена, что дало исключительные результаты.
Также см: Грибы, поедающие пластик, в искусственных пластисферах могут помочь в борьбе с глобальными отходами
Процесс
Духовка достигает температуры внизу, которая достаточно высока для разрывать полимерные цепи, а наверху он охлаждается до достаточно низкой температуры, чтобы предотвратить дальнейшее разрушение. После процесс термолиза, они собрали оставшуюся субстанцию, напоминая удаление сажи из дымохода. К их радости, интуиция Лю оказалась верной, поскольку она состоял из короткоцепочечного полиэтилена, в частности, в виде восков.
По словам профессора Лю, «Это был первый шаг в разработке метода переработки пластика в мыло».
Исследователи превращают полиэтилен в мыло путем переработки, которая является первое в мире мыло из пластика. Затем команда добавила еще несколько шагов, таких как омыление, процесс, используемый при изготовлении мыла. Для дальнейшего продвижения процесса команда обратилась за помощью к экспертам по вычислительному моделированию, экономическим аналитикам и другим специалистам.
Некоторые из этих экспертов были привлечены благодаря их связям с Институтом инноваций в области макромолекул в Virginia Tech. Группа работала сообща, чтобы тщательно документировать и улучшать процесс апсайклинга, достигнув точки, когда он теперь готов к распространению среди научного сообщества.
Чжэнь Сюйведущий автор статьи сказал: «Наше исследование демонстрирует новый путь переработки пластика без использования новых катализаторов или сложных процедур. В этой работе мы показали потенциал тандемной стратегии переработки пластика. Это просветит людей, чтобы они разрабатывали более креативные проекты процедур переработки в будущем».
Также см: Познакомьтесь с бактериями, которые могут спасти планету от постоянно растущей проблемы пластика
Применимо к другим пластикам
Полиэтилен был первоначальным пластиком, который мотивировал этот проект. Однако метод апсайклинга может быть также применен к другой пластик, называемый полипропилен. От упаковки продуктов до пищевых контейнеров и тканей — эти два материала составляют значительную часть пластика, с которым потребители сталкиваются ежедневно.
Преимущества метода апсайклинга
Инновационный метод переработки отходов Лю имеет следующие преимущества.
- По сравнению с некоторыми методами переработки, используемыми в настоящее время, этот метод устраняет необходимость в особой сортировке пластика для предотвращения загрязнения.
- Он может одновременно обрабатывать оба типа пластика, устраняя необходимость трудоемкого разделения.
- Это не только повышает экономическую эффективность метода, но и минимизирует его воздействие на окружающую среду.
- Для этого метода апсайклинга сначала требуются только пластик и тепло. В то время как последующие этапы процесса требуют некоторых дополнительных ингредиентов для преобразования молекул воска в жирные кислоты и мыло, первоначальное преобразование пластика представляет собой простую и прямую реакцию.
Требования к эффективности апсайклинга
Для того чтобы апсайклинг имел существенное влияние, конечный продукт должен обладать достаточной ценностью, чтобы не только компенсировать расходы на процесс, но и сделать его более экономически привлекательным, чем имеющиеся альтернативы переработки. Мыло и сопутствующие товары пользуются большим спросом, аналогичным спросу на пластмассы.
Профессор Лю сказал: «Это исследование закладывает основу для нового способа сокращения отходов путем направления использованного пластика на производство других полезных материалов».
Он надеется, что предприятия по переработке во всем мире постепенно примут эту технологию. Потребители в конечном итоге смогут приобретать инновационные и устойчивые мыльные продукты, которые помогут сократить количество пластиковых отходов на свалках.
Также см: Из отходов в топливо: реактор на солнечной энергии преобразует CO2 и пластик в устойчивое топливо
«По этой причине можно доказать, что переработка пластика в мыло экономически выгодна», — сказал он. добавил профессор Лю.
Ведущий автор Чжэнь Сюй сказал: «Следует осознать, что загрязнение пластиком — это глобальная проблема, а не проблема нескольких основных стран. По сравнению со сложным процессом и сложным катализатором или реагентом, простой процесс может быть более доступным для многих других стран мира. Я надеюсь, что это может стать хорошим началом войны с загрязнением пластиком».
Профессор Лю является членом программы нанонауки, престижной части уважаемой Академии комплексной науки Колледжа наук. Кроме того, он также связан с кафедрой материаловедения и инженерии в знаменитом колледже инженерии Вирджинского технического университета. Исследователи превращают полиэтилен в мыло путем переработки, и проект включал сотрудничество с исследователями из Департамента химической инженерии. Сотрудничество сыграло важную роль в содействии разработке исследовательской работы.
