基于溶剂的新回收工艺,帮助减少数百万吨的塑料废料

   化学小能手        


基于溶剂的新回收工艺,帮助减少数百万吨的塑料废料


溶剂定向回收和沉淀(条带)工艺将多层塑料废物回收为纯的、可重复使用的塑料材料,如聚乙烯(PE)、乙烯乙烯醇(EVOH)或聚乙烯对苯二甲酸酯(PET)。


多层塑料材料在食品和医疗用品包装中无处不在,特别是由于聚合物可以赋予这些薄膜特殊的特性,如耐热性或防氧和防潮。但是,尽管它们的效用,这些一直存在的塑料是不可能利用传统方法回收。


全球每年生产约1亿吨多层热塑性塑料,每一层由多达12层不同的聚合物组成。其中40%是制造过程本身产生的废物,由于没有办法分离聚合物,几乎所有的塑料最终都被填埋或焚化。


现在,威斯康辛-麦迪逊大学的工程师们发明了一种用溶剂回收这些材料中的聚合物的方法,他们称之为“溶剂定向回收和沉淀(条带)处理”。在《科学进展》杂志上详细介绍了他们的概念验证。


通过在聚合物溶解度的热力学计算中进行一系列溶剂洗涤,威斯康星大学麦迪逊分校的化学与生物工程学教授George Huber和Reid Van Lehn及其学生使用STRAP工艺将聚合物分离成由常见分层材料组成的商用塑料聚乙烯、乙烯乙烯醇和聚对苯二甲酸乙二酯。


结果呢?分离出来的聚合物在化学上与用来制作原始薄膜的聚合物相似。


研究小组现在希望利用回收的聚合物来制造新的塑料材料,证明这一过程可以帮助关闭回收循环。特别是,它可以让多层塑料制造商回收在生产和包装过程中产生的40%的塑料垃圾。


Huber说:“我们已经用多层塑料证明了这一点,我们需要尝试其他多层塑料,并且需要扩展这项技术。”


随着多层塑料的复杂性的增加,识别能够溶解每种聚合物的溶剂的难度也在增加。这就是为什么STRAP依靠Van Lehn所使用的一种被称为“真实溶剂的导体样筛选模型”(COSMO-RS)的计算方法来指导这个过程。


COSMO-RS能够计算出目标聚合物在不同温度下在溶剂混合物中的溶解度,从而缩小了可能溶解聚合物的潜在溶剂的数量。然后,团队可以通过实验探索候选溶剂。


Van Lehn说:“这使我们能够处理这些复杂得多的系统,这对于您要在回收领域产生影响的情况是必要的。”


其目标是最终开发出一个计算系统,使研究人员能够找到溶剂组合来回收各种多层塑料。该小组还希望研究其使用的溶剂对环境的影响,并建立一个绿色溶剂的数据库,以便更好地平衡各种溶剂系统的功效、成本和环境影响。


这个项目源于威斯康辛大学麦迪逊分校在催化方面的专业知识。几十年来,该大学的化学和生物工程研究人员开创了溶剂型反应的先河,将木材或农业废物等生物转化为有用的化学物质或燃料前体。这方面的专业知识也转化为溶剂型聚合物的回收利用。


该团队正在通过新成立的由多所大学组成的废弃塑料化学升级循环中心继续研究塑料带的处理。由美国能源部资助的耗资1,250万美元的中心的研究人员正在研究回收聚合物的几种化学途径。

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