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基于溶剂的新回收工艺可以减少数百万吨的塑料废料

多层塑料材料在食品和医疗用品包装中无处不在,特别是因为多层聚合物可以赋予这些膜特殊的性能,例如耐热性或氧气和水分控制。但是,尽管有其实用性,但使用常规方法仍无法回收那些永远存在的塑料。

每年全球生产约1亿吨多层热塑性塑料(每个热塑性塑料由多达12层不同的聚合物组成)。其中总量的40%是制造过程本身产生的废物,并且由于无法分离聚合物,几乎所有塑料最终都被填埋场或焚化炉中。

现在,威斯康星大学麦迪逊分校的工程师们开创了一种使用溶剂回收这些材料中的聚合物的方法,该技术被他们称为“溶剂定向回收和沉淀(STRAP)”工艺。今天(2020年11月20日)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?分离出的聚合物在化学上看起来类似于用于制造原始膜的那些。

该团队现在希望使用回收的聚合物来制造新的塑料材料,证明该工艺可以帮助关闭回收循环。特别是,它可以使多层塑料制造商回收在生产和包装过程中产生的40%的塑料废料。

“我们已经用一种多层塑料进行了演示,” Huber说。“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增加,识别可溶解每种聚合物的溶剂的难度也增加。这就是STRAP依靠Van Lehn使用的一种计算方法来称呼该过程的方法,该方法称为“用于现实溶剂的类似导体的筛选模型”(COSMO-RS)。

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,这对于您实际上要在回收领域产生影响的情况是必要的。”

目标是最终开发一种计算系统,该系统将使研究人员能够找到溶剂组合以循环利用各种多层塑料。该小组还希望了解所用溶剂对环境的影响,并建立绿色溶剂数据库,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。

该项目源于威斯康星大学麦迪逊分校在催化方面的专业知识。数十年来,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,以将生物质(例如木材或农业废料)转化为有用的化学物或燃料前体。许多专业知识也转化为溶剂型聚合物的回收利用。

该小组正在由胡贝尔(Huber)领导的新成立的废塑料化学升级多大学中心,继续进行STRAP加工的研究。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和回收聚合物的几种化学途径。

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