研究人员报告了难以回收塑料的可能解决方案

每年都有数以百万计的塑料最终进入垃圾填埋场。这是一个很大的社会问题，甚至是更大的环境威胁。在，不到9%的塑料废料被回收利用。取而代之的是，超过75%的塑料废物最终被填埋，最多燃烧了16%，该过程将有毒气体释放到大气中。

特拉华大学塑料创新中心(CPI)的研究人员已经开发出一种直接方法，可以将一次性塑料废料(塑料袋，酸奶容器，塑料瓶和瓶盖，包装等)转换为可立即使用的分子，用于喷气燃料，柴油和润滑剂。

该工作于4月21日(星期三)在《科学进展》上的一篇论文中进行了报道，其重点是使用一种新颖的催化剂和独特的工艺来快速分解这些最难回收的塑料，即聚烯烃。聚烯烃占当今所有塑料的60%至70%。

UD开发的过程比其他技术所需的能源少约50%，并且不涉及向大气中添加二氧化碳，这比其他常用技术节省了排放。它可以在大约250摄氏度的低温下几个小时内完成。这比您可能在家中用来烤蔬菜或烤酥的450华氏度的烤箱温度略高。

重要的是，UD小组的方法可以处理多种塑料，即使将它们混合在一起也是如此，并且考虑到可回收材料的管理方式。

UD的项目首席研究员兼Unidel Dan Rich理查德·迪恩·里奇(Unidel Dan Rich)表示：“化学转化是对抗塑料废料的最通用，最可靠的方法。”

论文的共同作者包括曾任UD博士后研究员，现为天津大学化学工程与技术副教授的刘思宝(Sibao Liu);CPI研究员UD博士后研究员Pavel Kots;UD研究生布兰登·万斯(Brandon Vance);化学工程专业的高级专业学生安德鲁·丹尼尔森(Andrew Danielson)。

创建现成的分子

UD研究团队使用一种称为加氢裂化的化学过程将塑料固体分解为较小的碳分子，然后在两端添加氢分子以稳定材料以供使用。

UD研究人员使用一种称为加氢裂化的方法将原料(例如切碎的塑料瓶)分解成较小的碳分子，这些碳分子可用于制造喷气燃料，柴油和润滑剂。图片来源：特拉华大学

催化裂化并不新鲜。炼油厂多年来一直使用它来将重质原油转化为汽油。

但是，研究团队的方法不仅可以分解塑料。它还将物质转化为支链分子，使它们可以更直接地转化为最终产品。

弗拉乔斯说：“这使它们成为用于高价值润滑剂或燃料应用的即用型分子。”他还担任特拉华州能源研究所和UD能源创新催化中心的负责人。

催化剂本身实际上是一种杂化材料，是沸石和混合的金属氧化物的组合。

已知沸石具有使其易于产生支链分子的特性。沸石存在于诸如水净化或软化剂系统以及家用洗涤剂中，它们可抵消钙和镁等矿物质，使硬水更软并改善洗衣过程。

同时，混合金属氧化物以能够分解适量的大分子而又不会过度分解的能力而著称。例如，药品柜中的抗酸剂是一种金属氧化物，用于分解或中和导致胃部不适的酸。

弗拉乔斯说：“单独使用这两种催化剂的效果很差。加在一起，它们的结合会产生魔力，使塑料熔化，而不会留下塑料。”

尽管Vlachos强调需要更多的工作来将这些科学方法转化为工业，但是这使CPI开发的方法比当今使用的现有技术更具优势。另一个优点：该团队的催化剂材料是常用的，因此相当便宜且丰富。

他说：“这些不是奇特的材料，因此我们可以迅速开始思考如何使用这项技术。” 他和刘已经通过UD的经济创新与合作关系办公室就该新型双催化剂和独特方法申请了临时专利。

得益于UD塑料创新中心的研究人员，难以回收的塑料(例如塑料袋)可能已经达到了要求。UD研究团队的方法可以处理多种一次性塑料，即使将它们混合在一起，也要考虑到可回收材料的管理方式。另一个第一步是使人们不要乱扔垃圾。图片来源：特拉华大学

可持续解决方案，循环经济

通过将其化学转化为燃料来减少塑料废物，可以在推动循环经济中发挥重要作用，在这种循环经济中，材料在使用寿命到期时就被回收成新的东西，而不是被扔掉。回收的成分可用于再次制造相同的东西，或者在使用燃料的情况下，可回收利用再制成更高价值的产品，从而创造经济和环境效益。

CPI主任，材料科学与工程学，化学与生物分子工程学教授LaShanda Korley表示：“这种创新的催化方法是我们寻求解聚过程的一项重大进步，该过程涉及较少的能源密集型途径并产生高度特定的分解目标。理解为塑料废料的估价开辟了一条新途径。”

对于参与该项目的UD高级化学工程专业的Andrew Danielson而言，塑料转化的潜在环境利益令人振奋。

丹尼尔森说：“塑料废料是一个严重的环境问题。我相信这项研究可以帮助开发出更好的塑料再利用方法。”他对这项工作的贡献包括通过再现实验来验证项目期间收集的数据。

在5月份毕业后，丹尼尔森(Danielson)将把这项研究经验用于化学工业。他已经找到了过程控制方面的工作，该过程是制造过程的一部分，其中涉及控制变量，例如温度，压力和电导率。

CPI研究的下一步包括探索团队方法可以处理的其他塑料以及可以生产的产品。首先，Vlachos说，该团队希望扩大与校园内以及塑料创新中心的同事之间的合作，以探索通过消除浪费来制造有价值的产品的其他途径。

他说：“随着这种循环经济的发展，世界将需要减少制造原始塑料的数量，因为我们将在今天再利用未来生产的材料。”

另一个目标是开发方法来改善回收过程本身。

弗拉乔斯说：“我们希望利用绿色电力来驱动制造新事物的化学过程。我们现在离实现这一目标还很遥远，但这是我们未来10至20年的发展方向。”

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