以溶劑為基礎(chǔ)的工藝有望回收多層塑料
已有人閱讀此文 - -多層塑料材料已經(jīng)在食品和醫(yī)療包裝中得到了數(shù)千種應(yīng)用。它們能隔絕光線、氧氣和水分,防止無菌注射器污染,延長食品的保質(zhì)期。根據(jù)威斯康星大學麥迪遜分校的一份新聞稿,全球每年生產(chǎn)約1億噸多層熱塑性塑料——每層塑料由多達12層不同的聚合物組成。由于沒有辦法分離這些聚合物,幾乎所有的塑料最終都會被填埋或焚燒。威斯康辛大學麥迪遜分校的工程師們開創(chuàng)了一種利用溶劑回收這些材料中聚合物的方法。這項技術(shù)被稱為溶劑靶向回收和沉淀(STRAP)處理,其概念證明已發(fā)表在2020年11月20日的《科學進步》雜志上。
在聚合物溶解度熱力學計算的指導下,通過使用一系列溶劑洗滌,威斯康星大學麥迪遜化學和生物工程教授George Huber和Reid Van Lehn及其學生使用STRAP工藝分離由聚乙烯、乙烯-乙烯醇和聚對苯二甲酸乙二醇酯組成的商用塑料中的聚合物。研究人員稱,分離出來的聚合物在化學上與制作原始薄膜的聚合物相似。
該團隊現(xiàn)在希望利用回收的聚合物來制造新的塑料材料,并證明這一過程有助于關(guān)閉回收循環(huán)。特別是,它可以使多層塑料制造商回收生產(chǎn)和包裝過程中產(chǎn)生的40%的塑料廢料。
“我們已經(jīng)用一種多層塑料證明了這一點,”Huber說,“我們需要嘗試其他多層塑料,擴大這項技術(shù)的規(guī)模。”
隨著多層塑料的復雜性增加,確定能作用于每種聚合物的溶劑的難度也隨之增加。這就是為什么STRAP依賴于Van Lehn使用的一種計算方法,稱為現(xiàn)實溶劑的導體狀篩選模型(COSMO-RS)來指導這個過程。COSMO-RS能夠計算出目標聚合物在不同溫度下在溶劑混合物中的溶解度,縮小了潛在溶劑的數(shù)量。使得該團隊可以實驗性地探索候選溶劑。
Van Lehn說:“這使我們能夠處理這些更加復雜的系統(tǒng),如果你真的要在回收世界中有所作為,這是必要的。”
最終的目標是開發(fā)一個計算系統(tǒng),讓研究人員能夠找到溶劑組合來回收各種多層塑料。該團隊還希望研究其使用的溶劑對環(huán)境產(chǎn)生的影響,并建立一個綠色溶劑數(shù)據(jù)庫,使他們能夠更好地平衡其功效、成本和環(huán)境影響。
該項目源于威斯康星大學麥迪遜分校在催化方面的專業(yè)知識。幾十年來,該大學的化學和生物工程研究人員開創(chuàng)了溶劑反應(yīng)的先河,將生物質(zhì)(如木材或農(nóng)業(yè)廢棄物)轉(zhuǎn)化為有用的化學物質(zhì)或燃料前體。這些專業(yè)知識大部分也轉(zhuǎn)化為溶劑型聚合物回收。
該團隊正在通過新成立的由多所大學組成的廢棄塑料化學升級循環(huán)中心繼續(xù)進行STRAP加工研究,該中心由Huber領(lǐng)導。