ПВХ, или поливинилхлорид, является одним из самых производимых пластиков в Соединенных Штатах и третьим по объему производства в мире.
ПВХ составляет огромное количество пластмасс, которые мы используем ежедневно. Большая часть пластика, используемого в больничном оборудовании — трубки, мешки для крови, маски и многое другое — изготовлена из ПВХ, как и большая часть труб, используемых в современной сантехнике. Оконные рамы, отделка корпуса, сайдинг и напольное покрытие изготовлены из ПВХ или включают его. Он покрывает электропроводку и включает в себя такие материалы, как занавески для душа, палатки, брезент и одежду.
Он также имеет нулевой процент переработки в Соединенных Штатах.
Теперь исследователи из Мичиганского университета под руководством первого автора исследования Даниэль Фагнани и главного исследователя Энн МакНил обнаружили способ химической переработки ПВХ в пригодный для использования материал. Самая удачная часть исследования? Исследователи нашли способ использовать фталаты в пластификаторах — одном из самых вредных компонентов ПВХ — в качестве посредника химической реакции. Их результаты опубликованы в журнале Nature Chemistry.
«ПВХ — это пластик, с которым никто не хочет иметь дело, потому что у него есть свой уникальный набор проблем», — сказал Фаньяни, который завершил работу в качестве постдокторанта на химическом факультете UM. «ПВХ обычно содержит много пластификаторов, которые загрязняют все в потоке переработки и, как правило, очень токсичны. Он также очень быстро выделяет соляную кислоту при некотором нагреве».
Пластик обычно перерабатывается путем его плавления и преобразования в материалы более низкого качества в процессе, называемом механической переработкой. Но когда ПВХ нагревается, один из его основных компонентов, называемый пластификаторами, очень легко выщелачивается из материала, говорит Макнил.
Затем они могут попасть в другие пластмассы в процессе переработки. Кроме того, соляная кислота легко выделяется из ПВХ при нагревании. Он может разъедать перерабатывающее оборудование и вызывать химические ожоги кожи и глаз, что не идеально подходит для рабочих завода по переработке.
Более того, фталаты — распространенный пластификатор — являются высокотоксичными эндокринными разрушителями, что означает, что они могут влиять на гормоны щитовидной железы, гормоны роста и гормоны, связанные с репродукцией у млекопитающих, включая человека.
Итак, чтобы найти способ переработки ПВХ, не требующий тепла, Фаньяни начал изучать электрохимию. Попутно она и ее команда обнаружили, что пластификатор, представляющий одну из основных трудностей переработки, может быть использован в методе разрушения ПВХ. На самом деле пластификатор повышает эффективность метода, а электрохимический способ решает вопрос с соляной кислотой.
«Мы обнаружили, что он по-прежнему выделяет соляную кислоту, но гораздо медленнее и с более контролируемой скоростью», — сказал Фаньяни.
По словам Фаньяни, ПВХ — это полимер с углеводородной основой, состоящей из одинарных углерод-углеродных связей. К каждой другой углеродной группе присоединена группа хлора. При тепловой активации соляная кислота быстро высвобождается, в результате чего вдоль основной цепи полимера образуется двойная углерод-углеродная связь.
Но исследовательская группа вместо этого использует электрохимию, чтобы ввести электрон в систему, что приводит к тому, что система имеет отрицательный заряд. Это разрывает связь углерод-хлорид и приводит к отрицательно заряженному иону хлорида. Поскольку исследователи используют электрохимию, они могут измерять скорость, с которой электроны вводятся в систему, что определяет скорость производства соляной кислоты.
Затем кислота может использоваться в промышленности в качестве реагента для других химических реакций. Ионы хлора также можно использовать для хлорирования небольших молекул, называемых аренами. Эти арены могут быть использованы в фармацевтических и сельскохозяйственных компонентах. От полимера остался материал, которому, по словам Макнила, группа все еще ищет применение. Фаньяни говорит, что исследование показывает, как ученые могут думать о химической переработке других сложных материалов.
«Давайте будем стратегически подходить к добавкам, которые содержатся в рецептурах пластмасс. Давайте подумаем о процессе использования и конечном использовании с точки зрения добавок», — сказал Фаньяни, который сейчас работает научным сотрудником в компании Ashland, специализирующейся на производство биоразлагаемых специальных добавок к потребительским товарам, таким как стиральные порошки, солнцезащитные кремы и шампуни. «Текущие члены группы пытаются еще больше повысить эффективность этого процесса».
В центре внимания лаборатории Макнейла была разработка способов химической переработки различных видов пластика. Разрушение пластика на составные части может привести к получению неразложившихся материалов, которые промышленность сможет снова использовать в производстве.
«Это неспособность человечества создать эти удивительные материалы, которые во многих отношениях улучшили нашу жизнь, но в то же время быть настолько недальновидным, что мы не думали о том, что делать с отходами», — сказал Макнил. «В Соединенных Штатах мы все еще застряли на уровне переработки 9%, и это всего лишь несколько видов пластика. И даже для тех пластиков, которые мы перерабатываем, это приводит к получению полимеров все более и более низкого качества. снова бутылки из-под напитков. Они становятся тканью или скамейкой в парке, которая затем оказывается на свалке».
