Es stellt sich heraus, dass der schwarze Plastikdeckel auf Ihrer Kaffeetasse eine Supermacht hat. Und das Stache -Labor der Princeton Chemistry, das es enthüllte, nutzt diese Eigenschaft aus, um mindestens zwei Haupttypen von Kunststoff zu recyceln.
Ihr verblüffender Mechanismus zur Förderung der Depolymerisation hängt von einem Additiv ab, den viele Kunststoffe bereits enthalten: ein Pigment namens Carbon Black, das Kunststoff seine schwarze Farbe verleiht. Durch einen Prozess, der als photothermische Umwandlung bezeichnet wird, konzentriert sich intensives Licht auf Kunststoff, das das Pigment enthält, das den Abbau startet.
Bisher haben Forscher gezeigt, dass Carbonschwarz Polystyrol und Polyvinylchlorid (PVC) depolymerisieren kann, zwei der am wenigsten recycelten Kunststoffe im Abfallstrom des Planeten. Durch einen Prozess, der als photothermische Umwandlung bezeichnet wird, konzentriert sich intensives Licht auf Kunststoff, das das Pigment enthält, das den Abbau startet.
Zwei aktuelle Papiere unterstreichen das Potenzial. Erstens gab es in der ACS-Zentralwissenschaft Ende letzten Jahres ein Proof-of-Concept für die Depolymerisation von Polystyrol unter Verwendung einer gemeinsamen Fresnel-Linse, um die photonische Energie zu fokussieren. Anfang dieses Monats veröffentlichte das Labor ihre Methode, um PVC im Journal der American Chemical Society (JACS) zu verbessern.
In beiden Fällen dient Carbon Black als Auslöser des Zusammenbruchs, eine kürzlich entdeckte qualitativ hochwertige Assistenzprofessorin für Chemie Erin Stache und selbst Industriepartner, mit denen sie gesprochen hat, waren sich nicht bewusst. Die Methode des Labors wurde seitdem bei solchen Nachverbrauchsabfällen wie PVC-Rohren, schwarzen Konstruktionsrohren, Müllsäcken, Kreditkarten und sogar diesen allgegenwärtigen gelben Gummi-Enten ausprobiert.
„Das Überraschende, insbesondere bei der schwarzen Polystyroldepolymerisation, ist, dass sie diese Materialien seit Jahrzehnten herstellen und es scheint, dass niemand erkannt hat, dass dies möglich war“, sagte Stache. „Unter Umgebungs Sonnenlicht reicht die Energie nicht aus, um diese Polymere abzubauen. Wenn Sie jedoch die Lichtintensität genug erhöhen, sehen Sie die Depolymerisation.
„Wir können unsere Gewohnheiten sicherlich ändern, um die Menge an Kunststoff zu lindern, die wir verwenden. Aber wir werden unsere Abhängigkeit von Plastik nicht loswerden. Können wir uns stattdessen als Ressource vorstellen? Können wir es in andere Waren verwandeln Chemikalien, die wir überhaupt machen müssen?
In ihren ACS In den Forschern zeigten Forscher, dass unmodifizierte schwarze Polystyrolproben nach dem Verbraucher erfolgreich in ein Styrolmonomer depolymerisiert wurden, ohne Katalysatoren oder Lösungsmittel hinzuzufügen. Einfache, fokussierte Strahlung auf den Kunststoff, das Monomerausbeuten von bis zu 80% in nur fünf Minuten erbracht hat.
„Ich denke Jiang, Co-First-Autor auf der Zeitung.
„Carbon Black absorbiert den ganzen Weg von UV zu IR, und das ist großartig, weil wir wollen, dass dieses Agent so viel Licht wie möglich nimmt und Licht in Wärme verwandelt.“
Als nächstes passte das Labor seine Methode an PVC an und erhielt starke Ergebnisse. Sie erweiterten den Prozess, indem sie Polystyrol in die PVC-Kohlenstoff-schwarze Mischung eingab-„wir haben es im Grunde genommen in“, sagte Stache-und konnten das Material hochcyceln und dann in ein paar übliche Konsumgüterprodukte abgeleitet.
Ein Teil der Herausforderung des Recycling-PVC besteht darin, dass das Material Kohlenstoffchlorbindungen aufweist, die Salzsäure (HCL) erzeugen, unabhängig davon, ob es mechanisch oder chemisch recycelt wird. Salzsäure ist ätzend und hochgiftig.
„Wir haben Carbonschwarz verwendet, um den thermischen Abbau von PVC zu initiieren und HCL mit einem Akzeptor für HCl zu erzeugen, der auf ein Addukt reagiert“, erklärte Stache. „So können Sie im Grunde genommen auf eine neue Rohstoffchemikalie aus dem Prozess zugreifen. Wir nutzen das, was normalerweise ein schlechter Prozess ist – die HCL – und fügen sie einer anderen Rohstoffchemikalie hinzu, und dann erhalten wir ein neues Produkt.“
Recycling von Polystyrol nach dem Verbraucher mit kommerziellen plastischen Zusatzstoffen wurde von Sewon Oh, Hanning Jiang, Liat Kugelmass und Erin Stache verfasst und erschien in der Ausgabe von ACS Central Science am 25. November 2024.
