Исследовательская группа из Школы материаловедения и инженерии NTU Singapore и Наньянского института исследований окружающей среды и водных ресурсов (NEWRI) представила процесс, называемый деполимеризационным разделением полимеров (DIPS). Этот метод избирательно расщепляет один тип пластика в смешанной пластиковой упаковке, оставляя другие виды пластика нетронутыми, что позволяет извлекать и повторно использовать каждый материал.
Решение глобальной проблемы переработки отходов
Многослойная пластиковая упаковка — один из самых сложных для переработки потоков отходов. Даже если ее перерабатывают механически, качество получаемого материала низкое. В результате большая часть такой упаковки отправляется на свалки или сжигается. По прогнозам, к 2040 году мировое производство пластика достигнет 736 млн тонн, а потенциальная экономическая выгода от эффективной переработки смешанных пластиков оценивается более чем в $250 млрд в год.
Ведущий исследователь, профессор Ху Сяо, руководитель программы устойчивой химии и материалов в NEWRI:
«Мы видим все больше смешанной пластиковой упаковки, используемой в повседневных продуктах питания, но ее безопасная и эффективная переработка по-прежнему остается серьезной проблемой. Наша команда поставила перед собой задачу решить эту проблему, разработав практичный, масштабируемый способ разделения этих материалов без использования вредных растворителей».
Соавтор исследования, доктор Лян Йен Нань, старший научный сотрудник NEWRI:
«Одной из самых больших проблем в переработке пластика сегодня является отсутствие жизнеспособного способа обращения со смешанными пластиками. Этот проект был вызван именно этой проблемой, и наша цель — помочь отрасли приблизиться к решению, которое работает в реальном мире».
Непрерывный процесс без использования растворителей
В основе метода DIPS — технология реактивной экструзии: экструзионная машина одновременно выполняет роль химического реактора. Весь процесс протекает при комнатной температуре и без использования растворителей, что делает его более безопасным и потенциально более экономически выгодным, чем традиционные методы химической переработки.
В процессе обработки смешанной пластиковой упаковки полиэтилентерефталат (ПЭТ) реагирует с глицерином, дешевым и широко доступным реагентом, и избирательно расщепляется на более мелкие молекулы. Материал, полученный из ПЭТ, имеет иную физическую и химическую природу, чем исходный пластик, что приводит к его естественному отделению от полипропилена (ПП).
Разделение происходит автоматически в процессе обработки, обусловленное различиями в полярности материалов (характеристика, определяющая растворимость) и вязкости (сопротивление материала деформации под действием силы).
Высококачественные переработанные материалы
В лабораторных условиях восстановленный полипропилен сохранил механические свойства, близкие к свойствам первичного пластика, достигнув 90% своей первоначальной прочности на разрыв (максимального напряжения, которое материал может выдержать до разрушения) в оптимальных условиях. Таким образом, переработанный материал достаточно прочен для повторного использования.
Используя образцы смешанных отходов промышленной упаковки, этот метод позволил успешно разделить пластиковые компоненты и получить материал лучшего качества по сравнению с традиционными методами механической переработки, отмечают разработчики.
Хотя восстановленный ПЭТ не может быть использован повторно напрямую, он содержит химические группы, которые делают его потенциально полезным для более ценных применений, таких как специальные материалы для замены эпоксидной смолы, используемой в лопастях ветряных турбин, или для преобразования в мономер (строительный блок полимера).
Исследователи считают, что их подход можно масштабировать на стандартном промышленном экструзионном оборудовании и адаптировать для других комбинаций пластиков.
Первый автор, Катирвел Периасами, аспирант и лауреат премии ректора в рамках флагманской междисциплинарной аспирантской программы NTU:
«Наш процесс призван преодолеть разрыв между лабораторными исследованиями и промышленным применением. Упрощая разделение и исключая использование растворителей, мы стремимся сделать переработку пластика более экономически выгодной и экологически устойчивой».
В качестве следующего шага команда планирует сотрудничать с отраслевыми партнерами для проверки технологии в промышленных масштабах.
