På Virginia Tech, genom en innovativ teknik, omvandlar forskare polyeten till tvål genom upcycling. Denna upptäckt är baserad på den oväntade likheten mellan polyeten och fettsyror, som används för att tillverka tvål. Teamet skapade framgångsrikt kortkedjiga polyetenmolekyler genom att bryta ner polyetenkedjor med en ny temperaturgradient termolysprocess. Detta kan nu användas för att göra tvål.
Forskare från Virginia Tech har framgångsrikt utvecklat en innovativ teknik, och de tillverkar tvål av polyeten. Processen går ut på att omvandla plast till värdefulla ytaktiva ämnen. Dessa kemikalier används i stor utsträckning vid tillverkning av viktiga vardagsprodukter som tvål och tvättmedel.
Plast och tvål skiljer sig mycket åt vad gäller deras textur, utseende och, ännu viktigare, deras praktiska tillämpningar. Det finns ett överraskande molekylärt samband mellan de två. Polyeten, en av de mest använda plasterna i världen, uppvisar en anmärkningsvärt nära likhet med den kemiska strukturen hos en fettsyra. Denna fettsyra används som en kemisk prekursor för framställning av tvål. Även om båda materialen är gjorda av långa kedjor av kol, finns det en extra grupp av atomer mot slutet av kedjan i fettsyror.
Likheterna mellan polyeten och fettsyror fick Guoliang "Greg" Liu , docent i kemi vid Virginia Tech College of Science , att tro att det var möjligt att omvandla polyeten till fettsyror . Med några få extra steg skulle detta kunna användas för att tillverka tvål. Han behövde hitta ett sätt att bryta en lång polyetenkedja till kortare kedjor, men inte för korta.
Effektivitet var också viktigt. Liu trodde fullt och fast att det fanns en enorm möjlighet att revolutionera processen för upcycling, genom att omvandla det till synes obetydliga plastavfallet till en värdefull och praktisk vara.
Inspirationskälla
Medan Liu njöt av en mysig vinterkväll vid den öppna spisen, fick Liu en stunds inspiration. Han observerade röken som steg upp från elden och insåg att den bestod av små partiklar som skapades när veden brann. Även om det är viktigt att undvika att bränna plast i eldstäder på grund av säkerhets- och miljöhänsyn, väcktes Lius nyfikenhet när han övervägde det potentiella resultatet av att bränna polyeten på ett säkert sätt i ett laboratorium.
Liu, innehavare av Blackwood Junior Faculty Fellowship i biovetenskap vid institutionen för kemi, sa: ”Ved tillverkas mestadels av polymerer som cellulosa. Förbränningen av ved bryter ner dessa polymerer i korta kedjor och sedan till små gasformiga molekyler innan de oxideras fullständigt till koldioxid.”
"Om vi på liknande sätt bryter ner de syntetiska polyetenmolekylerna men stoppar processen innan de bryts ner helt till små gasformiga molekyler, då borde vi få kortkedjiga, polyetenliknande molekyler", tillade professor Liu.
Liu samarbetade med Zhen Xu och Eric Munyaneza , två doktorander i kemi i hans laboratorium, för att konstruera en kompakt och effektiv reaktor som liknade en ugn. Denna innovativa design möjliggjorde tillämpningen av temperaturgradienttermolys för att värma polyeten , vilket gav extraordinära resultat.
Se även : Plastätande svampar i konstgjord plastisfär kan bidra till att hantera globalt avfall
Processen
Ugnen når en temperatur i botten som är tillräckligt hög för att polymerkedjorna ska kunna spräckas , medan den i toppen kyls ner till en tillräckligt låg temperatur för att förhindra ytterligare nedbrytning. Efter termolysprocessen samlade de upp det återstående ämnet, vilket liknade borttagningen av sot från en skorsten. Till deras glädje hade Lius intuition visat sig vara korrekt eftersom den bestod av kortkedjig polyeten , närmare bestämt i form av vaxer.
Enligt professor Liu var ”Detta det första steget i att utveckla en metod för att återvinna plast till tvål.”
Forskarna omvandlar polyeten till tvål genom upcycling, vilket är världens första tvål gjord av plast . Teamet lade sedan till några fler steg, som förtvålning, en process som ingår i tvåltillverkning . För att ytterligare driva processen sökte teamet hjälp av experter på beräkningsmodellering, ekonomiska analytiker och andra yrkesverksamma.
Ett antal av dessa experter togs ombord tack vare deras kontakter med Macromolecules Innovation Institute vid Virginia Tech. Gruppen samarbetade för att noggrant dokumentera och förbättra återvinningsprocessen, och nådde en punkt där den nu är beredd att delas med forskarvärlden.
Zhen Xu , huvudförfattare till artikeln, sa: ”Vår forskning visar en ny väg för uppåtervinning av plast utan att använda nya katalysatorer eller komplexa procedurer. I det här arbetet har vi visat potentialen i en tandemstrategi för plaståtervinning. Detta kommer att upplysa människor att utveckla mer kreativa designer av uppåtervinningsprocedurer i framtiden.”
Se även : Möt bakterierna som kan rädda planeten från det ständigt växande plastproblemet
Gäller andra plaster
Polyeten var den ursprungliga plasten som motiverade detta projekt. Upcyclingmetoden kan dock även tillämpas på en annan plast som kallas polypropen . Från produktförpackningar till matbehållare till tyger utgör dessa två material en betydande del av de plaster som konsumenter stöter på dagligen.
Fördelar med Upcycling-tekniken
Lius innovativa upcycling-metod är fördelaktig på följande sätt.
- I jämförelse med vissa återvinningstekniker som för närvarande används, eliminerar det behovet av särskild plastsortering för att förhindra kontaminering.
- Den kan sömlöst bearbeta båda typerna av plast samtidigt, vilket eliminerar behovet av mödosam separation.
- Detta bidrar inte bara till metodens kostnadseffektivitet, utan det minimerar också dess miljöavtryck.
- Denna upcyclingteknik kräver bara plast och värme till att börja med. Medan de efterföljande stegen i processen kräver några extra ingredienser för att omvandla vaxmolekylerna till fettsyror och tvål, är den första omvandlingen av plasten en enkel och direkt reaktion.
Krav för att göra Upcycling effektiv
För att upcycling ska ha en betydande inverkan måste slutprodukten ha tillräckligt med värde för att inte bara kompensera för kostnaderna för processen utan också göra den mer ekonomiskt attraktiv än de tillgängliga återvinningsalternativen. Tvål och relaterade produkter är i hög efterfrågan, liknande efterfrågan på plast.
Professor Liu sa: ”Denna forskning lägger grunden för ett nytt sätt att minska avfall genom att kanalisera använd plast till produktion av andra användbara material.”
Han hoppas att återvinningsanläggningar över hela världen gradvis kommer att anta denna teknik. Konsumenter kan så småningom kunna köpa innovativa och hållbara tvålprodukter som hjälper till att minska plastavfallet på deponier.
Se även : Från avfall till bränsle: Soldriven reaktor omvandlar koldioxid och plast till hållbart bränsle
"Av denna anledning kan det visas att det är ekonomiskt lönsamt att förvandla plast till tvål", tillade professor Liu.
Huvudförfattaren Zhen Xu sa: ”Man bör inse att plastföroreningar är en global utmaning snarare än ett problem för ett fåtal etablerade länder. Jämfört med en sofistikerad process och komplex katalysator eller reagens kan en enkel process vara mer tillgänglig för många andra länder världen över. Jag hoppas att detta kan vara en bra början för kampen mot plastföroreningar.”
Professor Liu är medlem i nanovetenskapsprogrammet, en prestigefylld del av College of Sciences uppskattade Academy of Integrated Science. Dessutom är han också knuten till Institutionen för materialvetenskap och teknik inom det välrenommerade Virginia Tech College of Engineering. Forskarna omvandlar polyeten till tvål genom upcycling och projektet innebar samarbete med forskare från Institutionen för kemiteknik. Samarbetet spelade en viktig roll för att bidra till forskningsrapportens utveckling.
Källa Kemisk uppcykling av polyeten, polypropen och blandningar till högvärdiga tensider
