درب پلاستیکی مشکی فنجان قهوه شما یک قدرت فوق العاده دارد و آزمایشگاه Stache از این ویژگی برای بازیافت حداقل دو نوع اصلی پلاستیک استفاده می کند.

نور از طریق تبدیل فتوترمال باعث تجزیه پلاستیک می شود

مکانیسم شگفت‌انگیز ترویج  گسست پلیمری متکی بر یک افزودنی است که بسیاری از پلاستیک‌ها از قبل حاوی آن هستند: رنگدانه‌ای به نام کربن سیاه که به پلاستیک رنگ سیاه می‌دهد. از طریق فرآیندی به نام تبدیل فتوترمال، نور شدید بر روی پلاستیک حاوی رنگدانه متمرکز می شود تا تخریب را به سرعت آغاز کند.

ابتدا، در ACS Central Science در پایان سال گذشته، یک مفهوم اثباتی برای گسست پلیمری پلی استایرن با استفاده از یک لنز Fresnel برای تمرکز انرژی فوتونی وجود داشت. سپس، آزمایشگاه روش خود را برای بازیافت PVC در مجله انجمن شیمی آمریکا (JACS) منتشر کرد.

در هر دو مورد، کربن سیاه به عنوان محرک شکست عمل می کند. روش آزمایشگاه از آن زمان بر روی ضایعات پس از مصرف مانند لوله‌های PVC، لوله‌های ساختمانی بلک، کیسه‌های زباله و کارت‌های اعتباری تست شده است.

Stache می‌گوید: تحت نور خورشید، انرژی برای تجزیه این پلیمرها کافی نیست. اما اگر شدت نور را به اندازه کافی افزایش دهید، شروع به تجزیه می کنند.

تابش متمرکز تنها در پنج دقیقه به 80 درصد بازده مونومر می رسد

محققان در مقاله ACS خود نشان دادند که نمونه‌های پلی استایرن سیاه پس از مصرف اصلاح نشده، با موفقیت به مونومر استایرن بدون افزودن کاتالیزور یا حلال تبدیل شدند. تشعشع ساده و متمرکز روی پلاستیک تنها در پنج دقیقه بازده مونومر تا 80 درصد را فراهم می کند.

هانینگ جیانگ، نویسنده اول مقاله، گفت: من فکر می کنم این پیوند بین فتوترمال و دپلیمریزاسیون واقعاً راهگشا است .  پلاستیک سیاه رنگ حدود 15 درصد از کل پلاستیک ها را تشکیل می دهد، و ما دریافتیم که 10 درصد وزن پلی استایرن سیاه در مخلوط پلاستیکی برای عملکرد خوب کافی است.

کربن سیاه تمام طیف از UV تا IR را جذب می کند، و این عالی است زیرا چیزی که ما می خواهیم این است که این عامل تا حد امکان نور را بگیرد و نور را به گرما تبدیل کند.

جیانگ خاطرنشان کرد که مطالعات مکانیکی آزمایشگاه در مورد این فرآیند ادامه دارد.

استفاده از کربن سیاه برای تجزیه پلاستیک به مونومر

نویسنده تاکید کرد: "کربن سیاه یک ماده افزودنی در اینجا است. در صنعت، بسیاری از محصولات مانند تایرها و جوهرها دارای کربن سیاه هستند. ما از مزیت آنچه که قبلاً در پلاستیک گنجانده شده است برای تجزیه پلیمر به مونومر استفاده می کنیم.

وی افزود: در این مقاله، ما در درجه اول بر روی تجزیه پلی استایرن تمرکز کردیم. با این حال، ما تصور می کنیم و همچنین انتظار داریم که روش ما بتواند به انواع دیگر پلیمرها نیز تعمیم یابد.

به طور خلاصه، محققان روش خود را با PVC تطبیق دادند و نتایج قوی دریافت کردند. آنها این فرآیند را با افزودن پلی استایرن به مخلوط پی وی سی کربن سیاه گسترش دادند و توانستند این ماده را قابل بازیافت کنند و سپس آن را به چند محصول رایج مصرفی تبدیل کنند: مانند ماده متشکله یک عطر و  یک داروی بیماری قلبی.

بخشی از چالش بازیافت PVC این است که این ماده دارای پیوندهای کربن-کلر است که به صورت بازیافت مکانیکی و یا شیمیایی، اسید هیدروکلریک (HCl) تولید می کند که بسیار خورنده و بسیار سمی است.

Stache توضیح داد: "ما از کربن سیاه برای شروع تخریب حرارتی PVC استفاده کردیم، HCl را با یک گیرنده برای HCl تولید کردیم که برای ایجاد یک ترکیب اضافی واکنش نشان می دهد." ما از چیزی که معمولاً یک فرآیند بد است - HCl - استفاده می کنیم و آن را به یک ماده شیمیایی دیگر اضافه می کنیم و سپس یک محصول جدید دریافت می کنیم.

توسعه راه حل ها و همکاری برای مقیاس پذیری فرآیند

یکی از چالش های فرآیندهای مبتنی بر نور مانند تبدیل فتوترمال، افزایش مقیاس است تا در یک محیط صنعتی کار کند.  استاچ مطمئن است که روش آنها همچنان مثمر ثمر خواهد بود.

او گفت: "ما از ضایعات پس از مصرف استفاده می کنیم و آنها را فقط با تاباندن نور بر روی آن ها تجزیه می کنیم. این کاربردی ترین کاری است که می توانید انجام دهید. اگر این روش کار کند، شما راهی برای مقیاس پذیری آن خواهید یافت."

منبع: دانشگاه پرینستون