Согласно исследованию 2020 года, Соединенные Штаты производят больше пластикового мусора, чем любая другая страна - около 46,3 миллиона тонн - или 287 фунтов на человека в год.
Уровень вторичной переработки в стране, составляющий 9%, никогда не поспеет за ним. Почему так низко? Химия современных пластиков затрудняет их переработку. Даже термопласты, которые можно расплавить, ослабевают при каждом повторном использовании. И это приводит к реальному барьеру для переработки - экономике. Просто нет стимула к прибыли.
Но теперь группа химиков из Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл изменила ситуацию, открыв метод разрушения пластика для создания нового материала, который прочнее и жестче, чем исходный, а это означает, что он потенциально более ценный.
«Наш подход рассматривает пластиковые отходы как потенциально ценный ресурс для производства новых молекул и материалов», - сказал Франк Лейбфарт, доцент кафедры химии Колледжа искусств и наук Университета Северной Каролины. «Мы надеемся, что этот метод может стать экономическим стимулом для переработки пластика, буквально превратив мусор в сокровище».
Лейбфарт и профессор UNC-Chapel Hill Эрик Алексанян, специализирующийся на химическом синтезе, описывают в журнале Science подход, который может замкнуть цикл переработки пластика.
Связи углерод-водород - одни из самых прочных химических связей в природе. Их стабильность затрудняет превращение натуральных продуктов в лекарства и усложняет переработку товарного пластика.
Но путем модификации углерод-водородных связей, которые распространены в полимерах, строительных блоках для современного пластика, используемого в продуктовых пакетах, бутылках из-под газировки и воды, пищевой упаковке, автозапчастях и игрушках, срок службы полимеров может быть выходит за рамки одноразового пластика.
С помощью недавно идентифицированного реагента, который может отделять атомы водорода от лекарственных соединений и полимеров, химики UNC смогли создать новые связи в местах, ранее считавшихся нереакционноспособными.
«Универсальность нашего подхода заключается в том, что он позволяет проводить множество ценных трансформаций углерод-водородных связей в таком широком диапазоне важных соединений», - сказал Алексанян.
Превратить мусор в сокровище
Компания Leibfarth Group в Каролине занимается разработкой более интеллектуальных, функциональных и экологичных полимеров.
При поддержке NC Policy Collaboratory команда разработала сверхабсорбирующий полимер, способный удалять опасные химические вещества из питьевой воды.
Исследователи предполагали использовать инновационный подход, чтобы помочь превратить трудно перерабатываемые пластиковые отходы в ценный класс полимеров.
Они начали с упаковки из пенопласта, используемой для защиты электроники во время транспортировки, которая в противном случае попадает на свалки. Образцы вторичного пеноматериала были предоставлены High Cube LLC, компанией по переработке отходов в Дареме, Северная Каролина. Пена изготовлена из пластика низкой плотности, называемого коммерческим полиолефином.
Выбирая атомы водорода из полиолефина, химики придумали способ увеличить срок службы одноразового пластика до ценного пластика, известного как иономер. Популярными иономерами являются SURLYNTM компании Dow, популярный материал, используемый в самых разных упаковках для пищевых продуктов.
Большая часть переработанного пластика «перерабатывается» в продукты более низкого качества, такие как ковры или одежда из полиэстера, которые все еще могут оказаться на свалках. Выброшенный пластик в водоемах угрожает жизни морских обитателей, если черепахи принимают океанский пластик за еду.
Но если химию можно многократно применять к полимерам, чтобы снова и снова перерабатывать их, «это может изменить то, как мы смотрим на пластик», - сказал Лейбфарт.
Соавторами исследования являются Тимоти Фазекас, Джилл В. Алти, Элиза К. Нейдхарт и Остин С. Миллер.
Национальный институт общих медицинских наук, Управление научных исследований ВВС, Национальный научный фонд и Химический факультет Университета Северной Каролины финансировали исследование.