Ny generation af plast tillader genvinding af monomerer fra almindelige tilsætningsstoffer, selv i blandede affaldsstrømme, der kun producerer vand som biprodukt.
#bioteknologi, #PDK, #plast, #genbrug
Et team af forskere fra Lawrence Berkeley National Laboratory i US Department of Energy (Berkeley Laboratory) har udviklet en genanvendelig plastik, der kan nedbrydes til bestanddele på molekyliveau og derefter genmonteres i forskellige former, teksturer og farver igen og igen uden at miste ydeevne eller kvalitet. Et nyt materiale kaldet poly (dicentenoamin) eller PDK blev offentliggjort i Nature Chemistry.
Alt plast, fra vandflasker til auto dele, er lavet af store molekyler kaldet polymerer, som består af gentagne bindinger af kortere carbonforbindelser kaldet monomerer.
Omcirkuleret plast er billige produkter på grund af resterende urenheder og nedbrydning af polymeren i hver cyklus af genanvendelse. Plast, der gennemgår reversibel polymerisering, kan genvinde værdifulde monomerer og omdanne dem til ubeskadigede materialer. Genopretningen af monomerer er imidlertid ofte dyr, kompleks og energiforbrugende. Ny generation af plast, polymeriseret under anvendelse af dynamiske kovalente diketoenaminbindinger, tillader genvinding af monomerer fra almindelige additiver, selv i blandede affaldsstrømme, der kun producerer vand som biprodukt. De ekstraherede monomerer kan udvindes i den samme polymerformulering uden tab af produktivitet såvel som i andre polymerformuleringer med differentierede egenskaber. Den lethed, hvormed polyethylen (diketenoamin) kan fremstilles, anvendes, genanvendes og genanvendes uden værditab, indikerer nye retninger i udviklingen af bæredygtige polymerer med minimal miljøpåvirkning.
Ifølge forskerne er problemet med mange plastikstoffer, at kemikalier tilføjes til deres anvendelighed, såsom fyldstoffer, der gør plastikstiv eller blødgørere, som gør plastik fleksibel, tæt forbundet med monomerer og forbliver i plastik Selv efter at være blevet behandlet i en genbrugsvirksomhed.
Under behandlingen i disse planter blandes plasten af forskellige kemiske sammensætninger (fast plast, elastisk plast, gennemsigtig plast, farvet plast) og knuses i stykker. Når denne blanding af skåret plast smelter for at skabe et nyt materiale, er det svært at forudsige de egenskaber, det vil arve fra den originale plast.
Denne arv af ukendte egenskaber og derfor uforudsigelige har forhindret plast i at blive det, mange betragter som grundlag for forarbejdning: et "rundt" materiale, hvis oprindelige monomerer kan udvindes til genbrug så længe som muligt eller "Genbrugt" i en ny. Et produkt af højeste kvalitet.
Derfor, når en genanvendelig indkøbspose slides ud, kan den ikke genbruges til at oprette et nyt produkt. Ifølge hjelme, når sæket har nået slutningen af dets brugstid, forbrændes det for at producere varme, elektricitet eller brændstof, eller det transporteres til et sanitetsaffald.
En ny generation af plast.
Forskere vil fjerne plast fra lossepladser og oceaner og opmuntre deres genopretning og genanvendelse, hvilket er muligt med polymerer fremstillet af MPC'er. "I tilfælde af PDK erstattes de uforanderlige forbindelser i konventionel plast med reversible forbindelser, der muliggør en mere effektiv behandling af plast," sagde Helms.
I modsætning til konventionel plast kan PDK plastmonomerer fjernes og frigives fra et hvilket som helst komplekst additiv ved simpelthen at nedsænke materialet i en meget sur opløsning. Syren hjælper med at bryde bindingerne mellem monomererne og adskiller dem fra de kemiske additiver, som giver plastet et udseende og en fornemmelse.
"Vi er interesserede i kemi, der omdirigerer plastikens livscyklus fra lineær til cirkulær", sagde Helms. "Vi ser en mulighed for at ændre situationen, når der ikke findes genbrugsmuligheder, som colas, telefonsuper, urremme, sko, computerkabler og varme plastikhærdede hårde materialer.
Forskerne opdagede de overraskende egenskaber ved genanvendelse af plast baseret på MPC'er, da Christensen anvendte forskellige syrer på glasvarer, der blev brugt til fremstilling af MPC-klæbemidlerne, og bemærkede, at klæbestoffets sammensætning var ændret. Nysgerrig om hvordan klæbemidlet kunne transformeres, Christensen analyserede den molekylære struktur af prøven ved hjælp af en NMR spektroskopi enhed. "Til vores overraskelse var disse originale monomerer," siger Helms.
Efter at have testet forskellige støbermolekylære sammensætninger har de vist, at de ikke kun opdeler de polymere PDK-syrer i monomerer, men tillader også monomerer at adskille fra de blokeringsadditiver.
De viste derefter, at de genvundne PDK-monomerer kan omdannes til polymerer, og at de recirkulerede polymerer kan danne nye plastmaterialer uden at arve farven eller andre egenskaber ved det oprindelige materiale, således at den kasserede plast kan finde en ny anvendelse. For eksempel kan et computer tastatur, hvis det er lavet af plast PDK, også genbruges ved at tilføje yderligere funktioner som fleksibilitet.
Mod fremtiden for genanvendeligt plastik.
Forskere mener, at deres nye genanvendelige plastik kan være et godt alternativ til de mange ikke-genanvendelige plastik, der anvendes i dag.
"Vi er på et kritisk punkt, hvor vi skal tænke på den infrastruktur, der er nødvendig for at modernisere vores genbrugsanlæg i fremtiden," sagde Helms. "Hvis disse faciliteter var designet til at genvinde KDP og relateret plastik, kunne vi bedre udnytte plast fra lossepladser og oceaner - det er en spændende tid at tænke på, hvordan man designer materialer og genvindingsfaciliteter for at give mulighed for brugen af genanvendeligt plastik, "sagde Helms.
Forskerne planlægger derefter at udvikle PDK-plast med en bred vifte af termiske og mekaniske egenskaber til forskellige anvendelser, såsom tekstiler, 3D-tryk og skum. Desuden søger de at udvide deres formuleringer til at omfatte plantematerialer og andre bæredygtige kilder.
Selv om disse "mere miljøvenlige" plastik vil bidrage til at reducere forurening af plast i fremtiden, skal mennesket stadig beskæftige sig med 18 mia. Pund almindelig plastik, der når vores hav om året og 6,3 en milliard tons. Plast er oprettet siden 1950. Ifølge en undersøgelse udført sidste år er 79% af affaldet stadig her, flydende i havet, i lossepladser eller spredt over hele landet.
referencer:
Helms, B. A. & Russell, T. P. Polymer chemistries enabling cradle-to-cradle life cycles for plastics. Chem. 1, 813–819 (2016).
Rahimi, A. R. & García, J. M. Chemical recycling of waste plastics for new materials production. Nat. Rev. Chem. 1, 0046 (2017).
García, J. M. & Robertson, M. L. The future of plastics recycling. Science 358, 870–872 (2017).
Hong, M. & Chen, E. Y.-X. Chemically recyclable polymers: a circular economy approach to sustainability. Green Chem. 19, 3692–3706 (2017).
MacArthur, E. Beyond plastic waste. Science 358, 843 (2017).
Schneiderman, D. K. & Hillmyer, M. A. 50th anniversary perspective: There is a great future in sustainable polymers. Macromolecules 50, 3733–3749 (2017).
Sardon, H. & Dove, A. P. Plastics recycling with a difference. Science 360, 380–381 (2018).
#bioteknologi, #PDK, #plast, #genbrug
Alt plast, fra vandflasker til auto dele, er lavet af store molekyler kaldet polymerer, som består af gentagne bindinger af kortere carbonforbindelser kaldet monomerer.
Omcirkuleret plast er billige produkter på grund af resterende urenheder og nedbrydning af polymeren i hver cyklus af genanvendelse. Plast, der gennemgår reversibel polymerisering, kan genvinde værdifulde monomerer og omdanne dem til ubeskadigede materialer. Genopretningen af monomerer er imidlertid ofte dyr, kompleks og energiforbrugende. Ny generation af plast, polymeriseret under anvendelse af dynamiske kovalente diketoenaminbindinger, tillader genvinding af monomerer fra almindelige additiver, selv i blandede affaldsstrømme, der kun producerer vand som biprodukt. De ekstraherede monomerer kan udvindes i den samme polymerformulering uden tab af produktivitet såvel som i andre polymerformuleringer med differentierede egenskaber. Den lethed, hvormed polyethylen (diketenoamin) kan fremstilles, anvendes, genanvendes og genanvendes uden værditab, indikerer nye retninger i udviklingen af bæredygtige polymerer med minimal miljøpåvirkning.
Ifølge forskerne er problemet med mange plastikstoffer, at kemikalier tilføjes til deres anvendelighed, såsom fyldstoffer, der gør plastikstiv eller blødgørere, som gør plastik fleksibel, tæt forbundet med monomerer og forbliver i plastik Selv efter at være blevet behandlet i en genbrugsvirksomhed.
Under behandlingen i disse planter blandes plasten af forskellige kemiske sammensætninger (fast plast, elastisk plast, gennemsigtig plast, farvet plast) og knuses i stykker. Når denne blanding af skåret plast smelter for at skabe et nyt materiale, er det svært at forudsige de egenskaber, det vil arve fra den originale plast.
Denne arv af ukendte egenskaber og derfor uforudsigelige har forhindret plast i at blive det, mange betragter som grundlag for forarbejdning: et "rundt" materiale, hvis oprindelige monomerer kan udvindes til genbrug så længe som muligt eller "Genbrugt" i en ny. Et produkt af højeste kvalitet.
Derfor, når en genanvendelig indkøbspose slides ud, kan den ikke genbruges til at oprette et nyt produkt. Ifølge hjelme, når sæket har nået slutningen af dets brugstid, forbrændes det for at producere varme, elektricitet eller brændstof, eller det transporteres til et sanitetsaffald.
En ny generation af plast.
Forskere vil fjerne plast fra lossepladser og oceaner og opmuntre deres genopretning og genanvendelse, hvilket er muligt med polymerer fremstillet af MPC'er. "I tilfælde af PDK erstattes de uforanderlige forbindelser i konventionel plast med reversible forbindelser, der muliggør en mere effektiv behandling af plast," sagde Helms.
I modsætning til konventionel plast kan PDK plastmonomerer fjernes og frigives fra et hvilket som helst komplekst additiv ved simpelthen at nedsænke materialet i en meget sur opløsning. Syren hjælper med at bryde bindingerne mellem monomererne og adskiller dem fra de kemiske additiver, som giver plastet et udseende og en fornemmelse.
Forskerne opdagede de overraskende egenskaber ved genanvendelse af plast baseret på MPC'er, da Christensen anvendte forskellige syrer på glasvarer, der blev brugt til fremstilling af MPC-klæbemidlerne, og bemærkede, at klæbestoffets sammensætning var ændret. Nysgerrig om hvordan klæbemidlet kunne transformeres, Christensen analyserede den molekylære struktur af prøven ved hjælp af en NMR spektroskopi enhed. "Til vores overraskelse var disse originale monomerer," siger Helms.
Efter at have testet forskellige støbermolekylære sammensætninger har de vist, at de ikke kun opdeler de polymere PDK-syrer i monomerer, men tillader også monomerer at adskille fra de blokeringsadditiver.
De viste derefter, at de genvundne PDK-monomerer kan omdannes til polymerer, og at de recirkulerede polymerer kan danne nye plastmaterialer uden at arve farven eller andre egenskaber ved det oprindelige materiale, således at den kasserede plast kan finde en ny anvendelse. For eksempel kan et computer tastatur, hvis det er lavet af plast PDK, også genbruges ved at tilføje yderligere funktioner som fleksibilitet.
Mod fremtiden for genanvendeligt plastik.
Forskere mener, at deres nye genanvendelige plastik kan være et godt alternativ til de mange ikke-genanvendelige plastik, der anvendes i dag.
"Vi er på et kritisk punkt, hvor vi skal tænke på den infrastruktur, der er nødvendig for at modernisere vores genbrugsanlæg i fremtiden," sagde Helms. "Hvis disse faciliteter var designet til at genvinde KDP og relateret plastik, kunne vi bedre udnytte plast fra lossepladser og oceaner - det er en spændende tid at tænke på, hvordan man designer materialer og genvindingsfaciliteter for at give mulighed for brugen af genanvendeligt plastik, "sagde Helms.
Forskerne planlægger derefter at udvikle PDK-plast med en bred vifte af termiske og mekaniske egenskaber til forskellige anvendelser, såsom tekstiler, 3D-tryk og skum. Desuden søger de at udvide deres formuleringer til at omfatte plantematerialer og andre bæredygtige kilder.
Selv om disse "mere miljøvenlige" plastik vil bidrage til at reducere forurening af plast i fremtiden, skal mennesket stadig beskæftige sig med 18 mia. Pund almindelig plastik, der når vores hav om året og 6,3 en milliard tons. Plast er oprettet siden 1950. Ifølge en undersøgelse udført sidste år er 79% af affaldet stadig her, flydende i havet, i lossepladser eller spredt over hele landet.
referencer:
Helms, B. A. & Russell, T. P. Polymer chemistries enabling cradle-to-cradle life cycles for plastics. Chem. 1, 813–819 (2016).
Rahimi, A. R. & García, J. M. Chemical recycling of waste plastics for new materials production. Nat. Rev. Chem. 1, 0046 (2017).
García, J. M. & Robertson, M. L. The future of plastics recycling. Science 358, 870–872 (2017).
Hong, M. & Chen, E. Y.-X. Chemically recyclable polymers: a circular economy approach to sustainability. Green Chem. 19, 3692–3706 (2017).
MacArthur, E. Beyond plastic waste. Science 358, 843 (2017).
Schneiderman, D. K. & Hillmyer, M. A. 50th anniversary perspective: There is a great future in sustainable polymers. Macromolecules 50, 3733–3749 (2017).
Sardon, H. & Dove, A. P. Plastics recycling with a difference. Science 360, 380–381 (2018).
Kommentarer
Send en kommentar