Phương pháp hóa học mới tái chế nhựa thành các sản phẩm có giá trị cao

Theo một nghiên cứu năm 2020 , Mỹ là quốc gia tạo ra nhiều rác thải nhựa lớn nhất thế giới, khoảng 46,3 triệu tấn, 130 kg/người mỗi năm. Tỷ lệ tái chế nhựa phế thải của Mỹ là 9%, quá thấp so với nhu cầu thực tế, số lượng còn lại hầu hết bị chôn lấp trong các bãi rác thải.

Cấu trúc hóa học của nhựa hiện nay khiến cho hầu hết các loại nhựa sản xuất thương mại khó tái chế. Ngay cả nhựa nhiệt dẻo, có thể nóng chảy giảm các tính lý hóa sau mỗi lần tái chế cho sử dụng. 

Một nhóm nhà hóa học thuộc Đại học Bắc Carolina (UNC) phát triển một phương pháp mới phá vỡ cấu trúc của chất dẻo nhằm tạo ra một loại vật liệu mới cứng, bền vững và chắc hơn vật liệu ban đầu, có giá trị kinh tế cao hơn.

Các nhà hóa học UNC với mẫu nhựa mới, chế tạo từ rác thải nhựa sử dụng một lần.

GS Erik Alexanian thuộc Leibfarth và UNC-Chapel Hill, chuyên gia tổng hợp hóa học, đã mô tả phương pháp tiếp cận, cho phép khép lại vòng tròn tái chế nhựa trong một báo cáo khoa học, đăng trên Tạp chí Science.

Phương thức tiếp cận mới là coi chất thải nhựa như một nguồn tài nguyên có giá trị tiềm năng để sản xuất những phân tử và vật liệu mới. Phương pháp này có thể thúc đẩy nền kinh tế tái chế nhựa, biến rác thành kho báu.

Liên kết carbon-hydro là những liên kết hóa học mạnh nhất trong tự nhiên. Tính ổn định của những liên kết khiến quá trình tái chế nhựa thương phẩm rất khó khăn.

Nhưng nếu sửa đổi các liên kết carbon-hydro phổ biến trong polymer, các khối cấu trúc phân tử của nhựa. Tuổi khai thác sử dụng của polymer có thể được mở rộng để có thể tái chế nhựa sử dụng nhiều lần.

Sử dụng một loại thuốc thử mới được xác định, có thể tách các nguyên tử hydro ra khỏi những hợp chất và polymer trong y học, các nhà hóa học UNC có thể tạo ra những liên kết mới ở những liên kết trước đây bị coi là rất vững chắc không thể phá vỡ.

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng thuốc thử O-alkenylhydroxamat dễ điều chế để phá vỡ các liên kết carbon-hydro bằng phương pháp đun nóng, nhanh chóng cắt liên kết carbon-hydro. Sau đó, nhiều nguồn gốc khác có thể xen vào để tạo thành liên kết carbon – halogen, carbon – carbon và carbon – lưu huỳnh. Bước thứ hai là bổ sung các nhóm imidazolium tạo ra ionomer (vật liệu polymer chứa cả nhóm trung tính và nhóm ion hóa) có giá trị cao.

Trên cơ sở phương pháp tiếp cận mới, Tập đoàn Leibfarth tại Carolina tập trung vào thiết kế các polymer thông minh hơn, nhiều chức năng hơn và bền vững hơn. Tập đoàn phát triển một loại polymer siêu thấm có khả năng loại bỏ các hóa chất nguy hiểm khỏi nước uống.

Các nhà nghiên cứu bắt đầu với bao bì xốp bằng nhựa, được sử dụng để bảo vệ đồ điện tử trong quá trình vận chuyển. Những mẫu nhựa bọt xốp được làm từ một loại nhựa mật độ thấp polyolefin thương mại.

Sử dụng phương pháp cắt chọn lọc các nguyên tử hydro từ polyolefin, các nhà hóa học đã chuyển đổi rác thải nhựa sử dụng một lần thành loại nhựa có giá trị cao ionomer trong các loại bao bì thực phẩm.