Нов механохимичен метод за рециклиране на пластмасови отпадъци от полистирен

Учени от националната лаборатория „Ames“ към американското министерство на енергетиката и техни партньори от университета „Clemson“ разработват екологично съобразен процес с ниска консумация на електроенергия, чрез който да рециклират полистирен (PS) – вид пластмаса, използвана широко при производството на тарелки, еднократни опаковъчни материали, контейнери и прибори за храна и много други.

Глобалната криза с пластмасови отпадъци

Полистиренът е само един от материалите, чиято употреба доведе до глобалната криза с отпадъците, с която се сблъскваме всички. Стотици милиони тонове полимери се произвеждат ежегодно, като голяма част от тях се изхвърлят, след като са били използвани. Благодарение на химичната им устойчивост и издръжливост, индустриалните полимери, които изграждат познатите ни пластмасови отпадъци, не могат да се разградят бързо и лесно в депата и често биват изгаряни. В резултат на горивния процес обаче се отделят вредни за здравето вещества като въглероден диоксид например. Един от начините да се спре натрупването на полимерни отпадъчни продукти, а оттам и да се ограничат емисиите на въглероден диоксид, е да се рециклира пластмасата или да се превърне в друг вид по-качествени продукти.

Недостатъци при рециклирането на пластмаса

Към настоящия момент преработването на повечето видове пластмасови изделия не е икономически изгодно. Сортирането и разделното събиране изискват време и допълнителен труд, а химическата преработка и повторното производство са свързани с големи разходи за електроенергия и използването на токсични разтворители. Освен това, често вторичните продукти, получени от веднъж рециклирани вече полимери, са с по-ниско качество и трайност.

Иновативна технология: Смилане на полистирен с лабораторна топкова мелница

Екип от експерти от лаборатория „Ames“ залагат на технологията с лабораторна топкова мелница, която разгражда полистирена само в една стъпка, на стайна температура и при нормални атмосферни условия. Методът не изисква използването на агресивни разтворители. При него материалът се поставя в мелещ контейнер, пълен с малки метални топки. Те започват да се въртят заедно с него и така настъпва желаната химична реакция.

Експерименталният подход е от механохимичен характер и може да бъде прилаган при създаването на нови материали и при обогатяване свойствата на вторичните продукти след рециклиране.

Разграждането на полистирена (PS) се получава след серия от химични процеси, сред които механично отделяне на макромолекулите. Тогава се образуват свободни радикали, които остават в самия вече смлян материал дълго време, след като е изложен на влиянието на въздуха, извън машината. Топките, използвани за смилането, и кислородът са допълнителни катализатори, които позволяват екстракцията (извличането) на мономерите стирен от олигомерите, съдържащи радикали. Научните експерименти показват, че покачването на температурата по време на мелещия процес не е достатъчно голямо и съответно не е причина за направеното от специалистите откритие, тъй като температурата на смления прах не надвишава 50oC, а топлинният разпад на полистирена във въздуха започва едва при 325oC. Експертите от университета „Clemson“ потвърждават пълното разграждане на оригиналния полимер на по-малки фрагменти, познати като олигомери, които са подходящи за производството на качествени изделия от рециклираната пластмаса.

Нови възможности за рециклиране на пластмаса и развитие на кръгова икономика

Виктор Балема от лаборатория „Ames“ разказва: „Направихме важно откритие, защото, благодарение на този метод, успяхме да разрушим структурата и да разградим полимер при нормални условия на заобикалящата среда, тоест при почти 300 градуса по-ниска температура, от тази, която е необходима по принцип за разпада на оригиналния материал. Смятаме, че доказателството за осъществимостта на нашата концепция би отворило врати за създаването на нови технологии за рециклиране на различни видове пластмасови отпадъци и усъвършенстване на кръговата икономика, при която целта е максимално оползотворяване на суровините с минимално количество отпадъци.”

Партньорът на Балема от университета „Clemson“ – почетен професор Игор Лузинов, допълва: „Чрез смилането в лабораторна топкова мелница вече става възможно възстановяването при ниска температура на мономери от многокомпонентни полимерни системи, каквито са композитните пластмаси (подобрена смес от няколко химични вещества) и ламинатите. Чрез нашата технология могат да се извлекат мономерите от материали с кръстосани връзки, чиято структура съдържа стирен.”

Проф. Арон Росини от държавния университет на Айова, който работи във фондацията за изследвания „Alfred P. Sloan“, отбелязва, че „спектрометрията с електронно-спинов резонанс показва, че има висока концентрация на свободни радикали от смления във въздуха полистирен. Според него резултатите са обнадеждаващи, защото обикновено свободните радикали са много реактивни. Тяхното наличие е доказателство, че смилането води до разкъсване на полимерните вериги. Ученият вижда в реактивните точки на всеки радикал възможност да се подобрят качествата на преработените полимери, за да се произведат нови пластмасови изделия.