Полимеры на биологической основе можно превратить в удобрения – ScienceDaily

Пластмассы захватили мир штурмом за последнее столетие, найдя применение практически во всех сферах нашей жизни. Однако распространение этих синтетических полимеров, которые составляют основу пластмасс, способствовало возникновению многих серьезных экологических проблем. Худшим из них является чрезмерное использование нефтехимических соединений и утилизация не поддающихся биологическому разложению материалов без вторичной переработки; только 14% всех пластиковых отходов перерабатывается, что вряд ли решит проблему.

Чтобы решить головоломку с пластиком, нам необходимо разработать «круговые» системы, в которых исходные материалы, используемые для производства пластмасс, проходят полный цикл после утилизации и переработки. В Токийском технологическом институте группа ученых во главе с доцентом Дайсуке Аоки и профессором Хидеюки Оцука разрабатывает новую концепцию. В новом экологически безопасном процессе пластмассы, произведенные с использованием биомассы (биопластиков), химически перерабатываются обратно в удобрения. Это исследование будет опубликовано в Зеленая химия, журнал Королевского химического общества, посвященный инновационным исследованиям устойчивых и экологически чистых технологий.

Команда сосредоточила свое внимание на поли (изосорбидкарбонате), или «PIC», типе поликарбоната на биологической основе, который привлек много внимания как альтернатива поликарбонатам на нефтяной основе. PIC производится с использованием нетоксичного материала, полученного из глюкозы, называемого изосорбидом (ISB), в качестве мономера. Интересно то, что карбонатные звенья, соединяющие звенья ISB, можно разорвать с помощью аммиака (NH3) в процессе, известном как «аммонолиз». В ходе процесса образуется мочевина, молекула, богатая азотом, которая широко используется в качестве удобрения. Хотя эта химическая реакция не была секретом для науки, немногие исследования разложения полимеров были сосредоточены на потенциальном использовании всех продуктов разложения, а не только мономеров.

Во-первых, ученые исследовали, насколько хорошо может быть проведен полный аммонолиз PIC в воде при мягких условиях (30 ° C и атмосферное давление). Причина этого решения заключалась в том, чтобы избежать использования органических растворителей и чрезмерного количества энергии. Команда тщательно проанализировала все продукты реакции с помощью различных средств, включая спектроскопию ядерного магнитного резонанса, инфракрасную спектроскопию с преобразованием Фурье и гель-проникающую хроматографию.

Хотя им удалось произвести таким образом мочевину, разложение PIC не было полным даже через 24 часа, поскольку многие производные ISB все еще присутствовали. Поэтому исследователи попытались повысить температуру и обнаружили, что полное разложение может быть достигнуто примерно за шесть часов при 90 ° C! Доктор Аоки подчеркивает преимущества этого подхода: «Реакция протекает без какого-либо катализатора, демонстрируя, что аммонолиз PIC можно легко провести с использованием водного раствора аммиака и нагревания. Таким образом, эта процедура проста в эксплуатации и экологически безопасна с точки зрения химической рециркуляции. . “

Наконец, в качестве доказательства концепции того, что все продукты распада PIC могут быть непосредственно использованы в качестве удобрения, команда провела эксперименты по выращиванию растений с Arabidopsis thaliana, модельный организм. Они обнаружили, что растения, обработанные всеми продуктами распада PIC, росли лучше, чем растения, обработанные только мочевиной.

Общие результаты этого исследования демонстрируют возможность разработки систем удобрений из пластмасс. Эти системы могут не только помочь в борьбе с загрязнением и истощением ресурсов, но и способствовать удовлетворению растущих мировых потребностей в продовольствии. Доктор Аоки завершает свое выступление на высокой ноте: «Мы убеждены, что наша работа представляет собой веху на пути к разработке экологически безопасных и пригодных для вторичной переработки полимерных материалов в ближайшем будущем. Эра« хлеба из пластмасс »не за горами!»

Источник истории:

Материалы предоставленный Токийский технологический институт. Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.

.

Leave a Comment

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.