丢弃或放入回收箱的混合消费塑料实际上很少最终被回收利用。近90%的垃圾被埋在垃圾填埋场或在商业设施焚烧，产生温室气体和空气中的毒素。这两种结果对环境来说都不是理想的。
为什么没有更多的混合塑料被回收利用?制造新塑料产品通常比回收、分类和回收旧塑料更容易，成本也更低。以前，混合塑料的传统回收意味着根据塑料的组成聚合物手动或机械分离塑料。
为了解决这个问题，美国能源部橡树岭国家实验室的科学家们使用精心规划的化学设计、中子散射和高性能计算来帮助开发一种新的催化回收过程。催化剂选择性地和顺序地将混合塑料中的多种聚合物分解成原始的单体分子，这些分子与其他单体分子反应形成聚合物。这一过程为打击全球塑料垃圾(如瓶子、包装、泡沫和地毯)提供了一种很有前途的策略。
发表在《材料视野》杂志上的研究人员的分析比较了使用新型多用途催化剂和对每种塑料使用单独催化剂的情况。这种新型催化剂产生的温室气体将减少95%，所需的能源投入将减少94%，化石燃料消耗将减少96%。
“我们的方法涉及一种定制的合成有机催化剂——一种由小有机分子组成的化合物，可以促进有机化学转化。ORNL合成聚合物化学家、通讯作者Tomonori Saito说:“有机催化剂可以将混合的塑料废物转化为有价值的单体，用于生产商业级塑料和其他有价值的材料。”“这种非常高效的化学过程可以通过用回收的单体取代第一次使用的单体来帮助完成混合塑料的回收循环。
“今天，几乎所有的塑料都是由化石燃料制成的，使用的是由能源密集型工艺生产的一次性单体。建立这种闭环回收，如果在全球范围内使用，每年可以减少大约35亿桶石油的能源消耗，”Saito补充说。
这种新型的有机催化剂已经被证明可以高效、快速地分解多种聚合物——大约两小时。这些聚合物包括用于安全护目镜(聚碳酸酯)、泡沫(聚氨酯)、水瓶(聚对苯二甲酸乙二醇酯)和绳索或渔网(聚酰胺)等材料的聚合物，这些材料加起来占全球塑料产量的30%以上。到目前为止，还没有一种催化剂被证明对这四种聚合物都有效。
该工艺取代了用于分解聚合物的苛刻化学品，具有许多环境优势，同时具有良好的选择性、热稳定性、不挥发性和低易燃性。它对多种聚合物的有效性也使其用于解构越来越多的多组分塑料，如复合材料和多层包装。
ORNL的散裂中子源的小角中子散射被用来帮助确认废塑料中解构单体的形成。该方法以小角度散射中子，以表征从纳米到微米的不同细节水平的结构。
有机催化剂在不同的温度下分解塑料，这有利于逐个回收单个单体，以可重复使用的形式。聚碳酸酯在266°F(130°C)下分解，聚氨酯在320°C(160°C)下分解，聚对苯二甲酸乙二醇酯在356°F(180°C)下分解，聚酰胺在410°C(210°C)下分解。其他塑料、添加剂和相关材料，如棉花和塑料袋，由于其反应性的差异而保持完整，随后可以回收。
“分解的单体和有机催化剂是水溶性的，所以我们可以把它们转移到水中，任何杂质，如色素，都可以通过过滤去除，”该研究的主要作者、ORNL的前博士后合成有机化学家Md Arifuzzaman说。他现在是创新十字路口研究员，Re-Du公司的首席执行官和创始人。
“然后提取几乎纯的单体，留下催化剂，通过蒸发水几乎完全回收，可以直接重复使用多次解构循环。”
更多信息:Md Arifuzzaman等人，定制有机催化剂对混合塑料的选择性分解，Materials Horizons(2023)。DOI: 10.1039 / D3MH00801K
由橡树岭国家实验室提供
引用本文:科学家们结束了回收混合塑料的循环(2023,10月22日)，2023年10月22日检索自https://phys.org/news/2023-10-scientists-recycling-plastics.html
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