(弗吉尼亞23日綜合電)美國弗吉尼亞理工大學研究團隊開發出一種塑料回收再利用的新方法——可將奶盒、食品容器和塑料袋等塑料升級為一種稱為表面活性劑的高價值化學品,用於製造肥皂、洗滌劑等產品。方法是加熱塑料中的長碳鏈,然後迅速冷卻它們。
塑料和肥皂在質地、外觀和使用方法方法幾乎沒有共同之處,但兩者在分子層面上有個意想不到的聯繫:聚乙烯(目前世界最常用的塑料之一)的化學結構與用作肥皂化學前體的脂肪酸驚人地相似。這兩種材料都由長碳鏈組成,但脂肪酸在鏈的末端有一個額外的原子團。這種相似性意味著聚乙烯可以轉化為脂肪酸,並用於製造肥皂。
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當時研究團隊面臨的挑戰,就是要如何有效地將長碳鏈分裂成長度適中的短鏈。
加熱塑料收集殘留物
團隊的劉國良教授一天坐在火爐旁時突然有所頓悟。他開始思索,如果在受控環境中安全燃燒聚乙烯,是否會產生類似的“煙霧”?這一方向使他產生疑問:如果捕捉到這種“煙霧”,它的組成成分會是什麼。
劉國良說:“柴火主要由纖維素等聚合物構成,在燃燒過程中,這些聚合物轉化為較短的鏈,最終形成氣態分子,生成二氧化碳。通過類似的方法處理合成聚乙烯分子,在其達到氣態之前中斷其分解過程,我們就可以獲得類似聚乙烯的短鏈分子。”
劉國良和兩位化學系博士生建造了一個類似烤箱的小型反應器,通過溫度梯度熱解來加熱聚乙烯。烤箱底部能產生足夠高的溫度使聚合物鏈斷裂;而烤箱頂部則能冷卻到足夠低的溫度,防止聚合物繼續斷裂。熱解結束後,他們收集殘留物時發現它是由“短鏈聚乙烯”組成的蠟,正如劉國良所預測。
在添加了包括皂化在內的幾個步驟後,該團隊製造出世界上第一塊塑料肥皂。如今這項研究已在知名期刊《科學》上發表。
展示塑料回收一體化策略潛力
該論文的第一作者徐(音譯)教授:“我們的研究沒有使用新型催化劑或複雜程序,是塑料循環利用的一種新途徑。我們在這項工作中展示了塑料回收一體化策略的潛力。”
除了該項目初期使用的聚乙烯外,這個升級再造方法也可適用於聚丙烯。這項新的循環利用方法能夠同時處理這兩類塑料,無需將兩者分類。
徐教授說:“塑料汙染是全球性挑戰,與複雜的過程和複雜催化劑相比,這一方法非常簡單,適用於世界上許多國家。我希望這可以是打擊塑料汙染的良好開端。”
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