新型溶剂型回收工艺可减少数百万吨塑料垃圾

新型溶剂型回收工艺可减少数百万吨塑料垃圾

多层塑料材料在食品和医疗用品包装中无处不在,特别是由于分层聚合物可以赋予这些薄膜特殊的性能,如耐热性或氧气和湿度控制。但是,尽管这些塑料材料很有用,但它们却不可能用常规方法进行回收。新型溶剂型回收工艺可减少数百万吨塑料垃圾。

全球每年生产约1亿吨多层热塑性塑料–每一种塑料由多达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,由于一直没有办法将聚合物分离出来,几乎所有的塑料最终都被填埋或焚烧。

现在,威斯康星大学麦迪逊分校的工程师们开创了一种利用溶剂回收这些材料中的聚合物的方法,他们将这种技术称为溶剂目标回收和沉淀(STRAP)处理。他们的概念验证今天(2020年11月20日)在《科学进展》杂志上进行了详细介绍。

通过使用一系列由聚合物溶解度的热力学计算指导的溶剂洗涤,UW-Madison化学和生物工程教授George Huber和Reid Van Lehn及其学生使用STRAP工艺来分离由常见分层材料聚乙烯、乙烯-乙烯醇和聚对苯二甲酸乙二醇酯组成的商业塑料中的聚合物。

结果呢?分离出的聚合物在化学上与用于制作原始薄膜的聚合物出现相似。

该团队现在希望利用回收的聚合物来制造新的塑料材料,证明该过程有助于关闭回收循环。特别是,它可以让多层塑料制造商回收生产和包装过程中产生的40%的塑料废弃物。获取更多前沿科技信息访问:https://byteclicks.com

“我们已经用一种多层塑料证明了这一点,”Huber说。”我们需要尝试其他多层塑料,我们需要扩大这项技术的规模。”

随着多层塑料的复杂性增加,确定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使用的一种名为 “现实溶剂的导体样筛选模型”(COSMO-RS)的计算方法来指导这一过程。

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,缩小了可能溶解聚合物的潜在溶剂的数量。然后,该团队可以通过实验探索候选溶剂。

“这使我们能够解决这些更复杂的系统,如果你真的要在回收世界中有所作为,这是必要的,”Van Lehn说。

目标是最终开发一个计算系统,让研究人员能够找到溶剂组合来回收各种多层塑料。该团队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数据库,使他们能够更好地平衡各种溶剂系统的功效、成本和环境影响。

该项目源于华大麦迪逊分校在催化方面的专长。几十年来,该大学的化学和生物工程研究人员开创了基于溶剂的反应,将生物质(如木材或农业废弃物)转化为有用的化学品或燃料前体。这些专业知识大部分也转化为溶剂型聚合物回收。

该团队正在通过新成立的由Huber指导的 “废塑料化学升级循环多大学中心 “继续进行STRAP加工的研究。这个项目由美国能源部资助1250万美元,研究人员正在研究回收和循环利用聚合物的几种化学途径。

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