《用糖制成的可回收塑料面世》

  • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心—领域情报网
  • 编译者: 冯瑞华
  • 发布时间:2022-01-20
  • 来自英国伯明翰大学和美国杜克大学的研究人员利用糖基原料而非石化衍生物,研制出了两种新的聚合物,它们拥有普通塑料的所有特质,但可降解和物理回收。其中一种聚合物像橡胶一样可拉伸;另一种则像大多数塑料一样坚固且有韧性。

    在最新研究中,科学家们使用异碘化物和异甘露醇作为基础原料,制造出了上述新聚合物。异碘化物和异甘露醇这两种化合物都由糖醇制成,具有一个坚硬的原子环。研究人员发现,新研制出的异碘化物基聚合物的硬度和延展性与普通塑料相似,强度与尼龙-6等高性能工程塑料相似。值得注意的是,这些新聚合物材料在粉碎和热处理后仍拥有优异的机械性能,而粉碎和热处理是物理回收塑料的常用方法。

    尽管异碘化物和异甘露醇仅仅两个键的三维空间指向(立体化学)不同,但与异碘化物基聚合物相比,异甘露醇基聚合物除了拥有相似的强度和韧性,还表现出高弹性,变形后能恢复其形状。借助计算机模拟,研究人员发现,糖衍生物独特的3D形状促进了聚合物长链的不同运动和相互作用,导致他们观察到这两种聚合物出现不同的物体特性。

    此外,研究人员还发现,通过制造同时包含有异碘化物和异甘露醇单元的共聚物,可以分别控制这两种单元的机械性能和降解速率,为使用糖的独特形状独立调节特定用途塑料的降解性(而不会显著改变材料的其他性质)打开了大门。

    伯明翰大学康纳·斯塔布斯博士表示:“石化基塑料目前面临极大的环境挑战。因此,我们可以另辟蹊径,研究其他独特的结构和形状,以创造出与当前商用塑料具有相同性能的更好塑料。”

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    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2018-12-17
    • 巴斯夫通过“化学循环项目”(ChemCycling)开辟了循环利用塑料废弃物的全新领域。化学循环为目前无法回收的混合或沾染污垢的塑料废弃物提供了一种创新的再利用途径。根据所在地区的不同,这些塑料废弃物通常被送去填埋或通过焚烧进行能量回收。但化学循环是另一种选择:通过热化学工艺,这些塑料可用于生产合成气或油品。由此产生的再生原料可以取代部分化石资源,用于生产巴斯夫的相关产品。 巴斯夫首次生产出以化学循环再生塑料为基础的产品,成为全球行业先驱之一。巴斯夫欧洲公司执行董事会主席兼首席技术官薄睦乐博士(Martin Brudermüller)表示:“负责任地使用塑料产品可以为全球废弃物处理作出重大贡献,这适用于公司、组织以及消费者。通过‘化学循环项目’,我们希望大量减少塑料废弃物的数量,将它们当作资源加以利用。我们通过这种方式为环境、社会和经济创造价值。我们与整个价值链中的合作伙伴联手创建了一个循环工作模式。”从废弃物管理公司到技术提供商和包装生产商,巴斯夫与客户和合作伙伴密切合作,构建循环价值链。 将废弃物变成奶酪包装和冰箱零件 巴斯夫已与十个来自不同行业的客户共同开发包括奶酪包装、冰箱零件和隔热板的试点产品。巴斯夫通过“化学循环项目”所生产出的产品与化石资源所生产的产品具有完全相同的特性,符合较高的质量和卫生标准。巴斯夫“化学循环项目”负责人Stefan Gräter博士看到了巨大潜力,他说:“新的循环方法为我们和客户提供了创新商业模式的机会。我们的客户非常重视使用再生材料制造产品和包装,但不能、也不愿在质量方面作出丝毫妥协。”巴斯夫下一步计划将“化学循环项目”生产的首批产品推向市场。 巴斯夫“一体化体系”为“化学循环项目”提供理想条件 在生产链的最上游,通过制油工艺从塑料废弃物中高温分解的油品被用于巴斯夫“一体化”(Verbund)生产中,这一原料由合作伙伴德国Recenso有限公司通过试点生产所提供。与此同时,也可以使用由塑料废弃物制成的合成气替代高温分解油。今年10月,首批采用这种方法取得的油料被送入位于路德维希港巴斯夫基地的蒸汽裂解装置中。蒸汽裂解装置是一体化生产的起点。该装置可在约850摄氏度的温度下破坏或“裂解”这些原料。通过该工艺主要生产出的是乙烯和丙烯。这些基础化学品在一体化生产中会被用于制造多种化学产品。遵循质量平衡法,通过计算和经认证的方式将再生原料的份额分配到得到认可的最终产品中去。每个客户都可以选择再生原料所占的比重。 技术和监管挑战 市场和社会都期望业界能够为塑料废弃物的处理提出建设性的解决方案。化学循环是对其他回收方式和废弃物管理过程的创新补充。巴斯夫可持续发展专家Andreas Kicherer博士解释道:“对于循环利用塑料废弃物,我们需要有广泛的选择,因为并非每种解决方案都适用于每种类型的废弃物,对每种产品都有效。首选始终应是在生命周期评估中表现最佳的解决方案。” 然而,项目在市场准备就绪之前必须满足技术和监管条件。一方面,现阶段将塑料废弃物转化为高温分解油或合成气等再生原料的技术需要进一步开发和调整,以保证产品品质的统一。此外,区域监管框架将在很大程度上影响这种方法在每个市场中的适用程度。例如,认定化学循环和质量平衡法对于实现产品和特定应用的循环目标至关重要。 合理处理塑料废弃物至关重要 塑料的使用为技术应用、医药和日常生活带来诸多便利,通常能更好地替代其他材料,而其挑战在于如何负责地管理消费者使用后的塑料。有效的废弃物管理系统、负责任的消费者行为,对于解决塑料废弃物污染等问题至关重要。为此,巴斯夫参与了各种协会项目和国际项目。例如,巴斯夫加入世界塑料委员会,并参与了艾伦·麦克阿瑟基金会的两个项目。此外,巴斯夫一直是Operation Clean Sweep®塑料行业倡议的成员,该国际倡议旨在减少塑料颗粒、薄片和粉末在环境中的流失。全新的“化学循环项目”是巴斯夫负责任利用资源的又一里程碑,也是巴斯夫如何应对全球挑战的同时帮助客户实现目标的一个例证。
  • 《新工艺可无限回收塑料袋塑料瓶》

    • 来源专题:能源情报网监测服务平台
    • 编译者:郭楷模
    • 发布时间:2024-09-02
    • 一项8月29日发表于《科学》的研究显示,塑料瓶和塑料袋可以蒸发成合成砌块,最终变成具有原始材料所有特性的新塑料。虽然仍有一些障碍需要克服,但这一新工艺是塑料迈向真正循环的重要一步。 自20世纪50年代以来,大约有50亿吨塑料被填埋,而回收工作只处理了人们生产的9%的塑料。按照目前的技术,塑料在每一轮回收中都会降解,并在经过几次循环后最终被送进垃圾填埋场。 美国加利福尼亚大学伯克利分校的John Hartwig和同事此前开发出一种分解废塑料的工艺,但需依赖于昂贵的金属催化剂铱、钌和钯,后者在这个过程中是无法回收的。Hartwig说,这种技术“用于学术论文和演示目的是可以的,但远远不能达到工业化应用所需的水平”。 现在,Hartwig团队研发出一种改进的工艺,既适用于制造大多数塑料袋的聚乙烯,也适用于制造更硬物体的聚丙烯。Hartwig说,它只依赖于十分常见的催化剂,后者本质上也是“污垢”。 塑料是由高分子聚合物组成的,而高分子聚合物是由更小的单体结合而成的。催化剂能打破聚合物的化学键,将其转化为气态单体,进而从中拼凑出新的塑料,后者具有原始材料的所有特性。 在实验中,该团队使用两种催化剂——负载钠的氧化铝和负载氧化钨的二氧化硅,将聚乙烯、聚丙烯的混合物转化为单体丙烯和异丁烯,效率接近90%。 没有参与这项工作的英国卡迪夫大学的Benjamin Ward说,染料、阻燃剂和增塑剂等数千种添加剂使回收塑料变得更加困难。这些添加剂可以占到成品的1/3,并在回收后污染最终产品。Ward认为,新工艺解决了添加剂的问题,因为将塑料分解为气态单体也可以去除添加剂。 英国朴茨茅斯大学的Cressida Bowyer表示,即使人们有将废塑料分解并去除添加剂的工艺,也存在其他问题。“必须考虑回收最终产品的毒性和催化剂与添加剂的处置。这些可能会超过回收技术所带来的好处。” 相关论文信息: https://doi.org/10.1126/science.adq7316