فيما يمكن أن يكون حلاً لمشكلة البلاستيك في العالم ، طور الباحثون في جامعة نورثويست في إلينوي طريقة جديدة بسيطة لتسخير الرطوبة في الهواء وتفكيك النفايات.
تبدأ العملية بمحفز غير مكلف يكسر روابط البولي إيثيلين تيريفثاليت (PET)، وهو البلاستيك الأكثر شيوعًا في عائلة البوليستر. بمجرد تكسير المادة، يتم تعريضها ببساطة للهواء المحيط لتحويل مادة PET إلى مونومرات ، وهي اللبنات الأساسية للبلاستيك.
ويعتقد الباحثون أنه يمكن إعادة تدوير هذه المونومرات أو تحويلها إلى مواد أكثر قيمة.
وتوفر التقنية الجديدة، وهي أكثر أمانًا وأرخص وأكثر استدامة من طرق إعادة تدوير البلاستيك الحالية، طريقًا واعدًا نحو إنشاء اقتصاد دائري للمواد البلاستيكية.
وقال يوسي كراتيش، وهو أيضًا المؤلف المشارك للدراسة، في بيان صحفي: "الأمر المثير بشكل خاص في بحثنا هو أننا استخدمنا الرطوبة الموجودة في الهواء لتكسير البلاستيك، مما أدى إلى عملية نظيفة وانتقائية بشكل استثنائي".
حل مستدام
استخدم الباحثون محفز الموليبدينوم والكربون المنشط، وكلاهما غير مكلف ومتوفر وغير سام.
لبدء العملية، قاموا بدمج PET مع المحفز والكربون المنشط ثم قاموا بتسخين الخليط. يتكون بلاستيك البوليستر من جزيئات كبيرة ذات وحدات متكررة متصلة بروابط كيميائية. وفي وقت قصير، تم كسر هذه الروابط.
بعد ذلك، قام الباحثون بتعريض المادة المجزأة للهواء. وبمجرد وجود أثر للرطوبة، يتحول إلى حمض التريفثاليك (TPA)، وهو مادة أولية ذات قيمة عالية للبوليستر. وكان المنتج الثانوي الوحيد هو الأسيتالديهيد، وهو مادة كيميائية صناعية ذات قيمة تجارية قابلة للإزالة بسهولة.
وقال نافين مالك، المؤلف الأول للدراسة: "في المتوسط، حتى في ظل ظروف الجفاف النسبي، يحتوي الغلاف الجوي على حوالي 10000 إلى 15000 كيلومتر مكعب من الماء".
"إن الاستفادة من الرطوبة الموجودة في الهواء تسمح لنا بالتخلص من المذيبات السائبة، وتقليل استهلاك الطاقة وتجنب استخدام المواد الكيميائية القاسية، مما يجعل العملية أكثر نظافة وصديقة للبيئة ".
وقال كراتيش إن النظام يعمل بشكل مثالي، لكنه فشل عندما تمت إضافة المزيد من المياه، لأن الفائض أعاق تشغيله. كان الحفاظ على التوازن الصحيح أمرًا أساسيًا، وفي النهاية قدمت الرطوبة الطبيعية في الهواء الكمية المثالية.
العملية الكيميائية لتكسير PET
مشكلة البلاستيك
ويمثل بلاستيك PET، المستخدم على نطاق واسع في تغليف المواد الغذائية وزجاجات المشروبات، 12% من استهلاك البلاستيك العالمي. وهو مساهم رئيسي في التلوث البلاستيكي بسبب مقاومته للتدهور الطبيعي. وبعد الاستخدام، ينتهي بها الأمر في مدافن النفايات أو يتحلل إلى جزيئات بلاستيكية صغيرة أو جزيئات بلاستيكية متناهية الصغر، مما يؤدي إلى تلويث مياه الصرف الصحي والمجاري المائية.
تظل إعادة تدوير البلاستيك محورًا بحثيًا رئيسيًا، لكن الأساليب الحالية تعتمد غالبًا على الظروف القاسية - مثل درجات الحرارة المرتفعة والاستخدام المكثف للطاقة والمذيبات القاسية - التي تنتج منتجات ثانوية سامة.
بالإضافة إلى ذلك، فإن العوامل الحفازة مثل البلاتين والبلاديوم باهظة الثمن وتساهم في مشكلة النفايات. بمجرد اكتمال التفاعل، يجب على الباحثين فصل المواد المعاد تدويرها عن المذيبات، وهي عملية تستغرق وقتًا وطاقة.
"بدلاً من استخدام المذيبات، استخدمنا بخار الماء من الهواء. وقال كراتيش: "إنها طريقة أكثر أناقة لمعالجة قضايا إعادة تدوير البلاستيك".
سريع وفعال
العملية سريعة وفعالة: في أربع ساعات فقط، يتم استرداد 94% من TPA المحتمل.
المحفز ليس متينًا فحسب، بل أيضًا قابل لإعادة التدوير، ويحافظ على فعاليته من خلال الاستخدام المتكرر. علاوة على ذلك، تم تصميم الطريقة للعمل مع المواد البلاستيكية المختلطة، مع استهداف البوليستر بشكل انتقائي لإعادة تدويره. تلغي هذه الانتقائية الحاجة إلى الفرز المسبق، مما يوفر ميزة اقتصادية كبيرة لصناعة إعادة التدوير.
عند اختبارها على مواد حقيقية مثل الزجاجات البلاستيكية والملابس والنفايات البلاستيكية المختلطة، ظلت العملية فعالة للغاية، حتى أنها تحللت البلاستيك الملون إلى TPA نقي وعديم اللون.
ويهدف الباحثون في المستقبل إلى توسيع نطاق العملية للتطبيقات الصناعية، مما يضمن قدرتها على التعامل بكفاءة مع كميات كبيرة من النفايات البلاستيكية .
وقد نشرت الدراسة مؤخرا في مجلة الكيمياء الخضراء، وهي مجلة تابعة للجمعية الملكية للكيمياء.
بفضل قناة Telegram الخاصة بنا، يمكنك البقاء على اطلاع دائم بما يتم نشره من مقالات السيناريوهات الاقتصادية الجديدة.
المقالة إعادة تدوير 94% من البلاستيك في 4 ساعات فقط: طريقة جديدة للتخلص من الكثير من النفايات البلاستيكية في العالم تأتي من السيناريوهات الاقتصادية .