Ý tưởng tiên tiến xử lý chất thải bền vững

Nguy cơ nhiễm độc môi trường từ chất thải polyurethane

Bọt xốp polyurethane thường được sử dụng để sản xuất ghế xốp có độ đàn hồi cao, tấm cách nhiệt xốp cứng, đệm các loại, bánh xe và lốp xe đàn hồi, chất kết dính hiệu suất cao, lớp phủ bề mặt, keo dán.

Các tấm bọt polyurethane có thể là bọt mềm hoặc cứng đóng vai trò quan trọng trong thị trường nội thất với số lượng rất lớn. Hàng năm, nhu cầu thế giới về đệm nội thất, đệm thảm và nệm... chiếm khoảng 5 triệu tấn.

Ngoài ra, sử dụng vật liệu bọt xốp nhẹ và cách nhiệt ngày càng tăng trong những phân khúc khác như xây dựng, điện tử và vật liệu cho ngành công nghiệp ô tô, bao bì, khiến nhu cầu về vật liệu polyurethane liên tục gia tăng trong những năm gần đây.

Chất thải polyurethane có vấn đề nghiêm trọng đối với môi trường do chứa nhiều hóa chất độc hại như isocyanate, axit hydrocyanic và dioxin, thải vào không khí khi bị đốt cháy. Những sản phẩm polyurethane thải loại ra các bãi rác chôn lấp cũng phân hủy thành các chất có hại, gây nhiễm độc môi trường.

Kỹ thuật tái chế  polyurethane hiện đối mặt với rất nhiều khó khăn và tốn kém năng lượng do hầu hết các polyurethan là các polymer chịu nhiệt, không tan chảy khi gia nhiệt mà chỉ bốc cháy.

Với trách nhiệm đảm bảo một môi trường sống sạch và bền vững hơn, các nhà khoa học tập trung nghiên cứu nhằm hình thành chiến lược công nghiệp tái chế các sản phẩm polyurethane, ví dụ như tái chế cơ học các polymer (chuyển đổi bọt nệm cũ thành vật liệu cách điện) hoặc tái chế bằng phương thức hóa học.

Theo hướng phát triển này, nhóm nghiên cứu tại Đại học Illinois, Chicago, Mỹ do GS Steven Zimmerman dẫn đầu hiện đang phát triển một phương pháp nhằm phân hủy chất thải polyurethane và biến các chế phẩm này thành những sản phẩm hữu ích khác.

Thay đổi cấu trúc hợp chất hữu cơ polyol

Sinh viên tốt nghiệp Ephraim Morado muốn giải quyết vấn đề chất thải polyurethane bằng giải pháp sử dụng các phản ứng hóa học để tái chế lại chất polymer. Khó khăn chính là cấu trúc phân tử polyurethan, được sử dụng rộng rãi trong thương mại cực kỳ vững chắc và ổn định, chế tạo từ hai thành phần rất khó phân hủy: isocyanate và polyol.

Sinh viên mới tốt nghiệp Ephraim Morado và phát minh tái chế Polyurethane. Ảnh Advanced Science News.

Polyol được sản xuất dựa trên chế phẩm dầu mỏ và không dễ dàng phân hủy. Để vượt qua khó khăn này, nhóm nghiên cứu kết hợp polyol với một đơn vị  hóa chất dễ bị phân hủy và hòa tan được trong nước, các acetal.

Các sản phẩm sau khi hòa tan polymer với acetal, kết hợp của axit tricloaxetic và dichloromethane ở nhiệt độ trong phòng để tạo ra vật liệu mới. Chứng minh cho ý tưởng này, Morado chuyển đổi các polymer có tính đàn hồi cao, sử dụng rộng rãi trong bao bì và các bộ phận xe hơi thành chất keo dính.

Phát minh này đã được báo cáo tại Hội nghị và Triển lãm Quốc gia của Hiệp hội Hóa học Mỹ.

Giáo sư Zimmerman nhận xét, nhược điểm lớn nhất của phương pháp tái chế mới này là chi phí cao và độc tính của những nguyên liệu được sử dụng để thực hiện các phản ứng hóa học. Do đó, các nhà nghiên cứu hiện đang cố gắng tìm kiếm một phương pháp tốt và rẻ hơn để đạt được quy trình tương tự, sử dụng các dung môi nhẹ hơn như giấm để đạt được sự phân hủy của các polymer.

Như vậy, trước mắt vẫn còn một con đường dài để vượt qua, những kết quả nghiên cứu này là bước đầu tiên quan trọng để giải quyết với lượng rác thải dân dụng, đang gia tăng theo nhu cầu làm nhiễm độc môi trường cuộc sống.