Фото: Стивен Маккей из Virginia Tech

Science: разработан метод переработки пластиковых отходов в мыло

Группа исследователей, возглавляемая специалистами Virginia Tech, разработала новый метод превращения пластмасс в высококачественные химические вещества, известные как поверхностно-активные вещества, которые используются для производства мыла, моющих средств и т.д. Результаты работы опубликованы в журнале Science.

Пластмассы и мыло обычно имеют мало общего по структуре, внешнему виду и, самое главное, по способу применения. Однако на молекулярном уровне между ними существует удивительная связь: химическая структура полиэтилена — одного из наиболее распространенных в современном мире пластиков — поразительно похожа на структуру жирной кислоты, используемой в качестве химического предшественника для производства мыла. Оба материала состоят из длинных углеродных цепочек, но жирные кислоты имеют дополнительную группу атомов в конце цепи.

Гуолян «Грег» Лю, доцент кафедры химии Вирджинского технологического института, давно полагает, что такое сходство означает возможность превращения полиэтилена в жирные кислоты и, выполнив несколько дополнительных технологических операций, получить мыло. Проблема заключалась в том, как разделить длинную цепь полиэтилена на множество коротких — но не слишком коротких — цепей, и как сделать это эффективно. Лю полагал, что существует потенциал для создания нового метода переработки, позволяющего использовать малоценные пластиковые отходы и превращать их в высокоценный полезный товар.

После длительных размышлений над этим вопросом Лю посетило вдохновение, когда он наслаждался зимним вечером у камина. Он наблюдал за дымом, поднимающимся от огня, и подумал о том, что дым состоит из мельчайших частиц, образующихся при горении древесины. Хотя по соображениям безопасности и защиты окружающей среды пластики никогда не следует сжигать в камине, Лю стало интересно, что произойдет, если сжечь полиэтилен в безопасных лабораторных условиях.

Будет ли при неполном сгорании полиэтилена образовываться «дым», подобный тому, что образуется при горении древесины? Если бы кто-то смог уловить этот дым, то из чего бы он состоял?

«Топливная древесина в основном состоит из полимеров, таких как целлюлоза. При горении дров эти полимеры расщепляются на короткие цепочки, а затем на небольшие газообразные молекулы, прежде чем полностью окисляются до углекислого газа, — поясняет Лю, который является научным сотрудником факультета химии младшего колледжа Блэквуда по естественным наукам. — Если мы разложим молекулы синтетического полиэтилена аналогичным образом, но остановим процесс до того, как они полностью распадутся на мелкие газообразные молекулы, мы должны получить молекулы, похожие на короткоцепочечный полиэтилен».

С помощью Чжэнь Сю и Эрика Муньянеса, двух аспирантов-химиков из лаборатории Лю, Лю построил небольшой реактор, похожий на печь, в котором можно нагревать полиэтилен в процессе, называемом термолизом с градиентом температуры.

В нижней части печи поддерживается температура, достаточная для разрушения полимерных цепей, а верхняя часть печи охлаждается до достаточно низкой температуры, чтобы остановить дальнейшее разрушение. После термолиза они собрали остатки — как при очистке дымохода от сажи — и обнаружили, что догадка Лю оказалась верной: они состояли из «короткоцепочечного полиэтилена», или, точнее, восков.

По словам Лю, это был первый шаг в разработке метода переработки пластмасс в мыло. Добавив еще несколько этапов, включая омыление, команда изготовила первое в мире мыло из пластмасс. Чтобы продолжить процесс, команда заручилась помощью экспертов в области компьютерного моделирования, экономического анализа и многого другого.

Эксклюзивный перевод

Поделиться:

Подписывайтесь на краткие, но содержательные новости со всего мира
глазами молодого поколения в Телеграм и ВКонтакте.

Почитайте также

Ученые Китая объяснили, чем опасно пить воду из пластиковой тары

62 Исследователи из китайского университета Цзинань изучили химический состав популярных упаковок со всего мира. Для …