Polystyrenaffald er overalt, og det er ikke biologisk nedbrydeligt. Forskere har lige fundet en måde at nedbryde det på.

Forskere ved U.S. Department of Energy's Ames Laboratory og deres partnere fra Clemson University har opdaget en grøn, lavenergiproces til at nedbryde polystyren, en type plast, der er meget udbredt i skumemballagematerialer, engangs madbeholdere, bestik, og mange andre applikationer.

Polystyren er en del af et meget større globalt plastaffaldsproblem. Der produceres hundreder af millioner tons polymerer hvert år, hvoraf et stort flertal kasseres efter brug. På grund af den kemiske stabilitet og holdbarhed af industrielle polymerer, Plastikaffald nedbrydes ikke let på lossepladser og brændes ofte, som producerer kuldioxid og andre farlige gasser. For at stoppe den voksende oversvømmelse af polymeraffald og reducere kuldioxidemissioner, plast skal genbruges eller omdannes til nye værdiskabende produkter.

I øjeblikket, genanvendelse af langt størstedelen af ​​plasten er ikke økonomisk gennemførlig; deres sortering og adskillelse er tids- og arbejdskrævende, mens kemisk behandling og genfremstilling kræver et betydeligt energitilførsel og giftige opløsningsmidler. Genbehandlede polymerer viser ofte ringere ydeevne end de nyfremstillede "lavet fra bunden" materialer.

Et team af forskere ved Ames Laboratory brugte bearbejdning ved kuglefræsning til at dekonstruere kommerciel polystyren i et enkelt trin, ved stuetemperatur, i omgivende atmosfære i fravær af skadelige opløsningsmidler. Kuglefræsning er en teknik, der placerer materialer i et fræseglas med metalkuglelejer, som derefter omrøres, indtil der opstår en ønsket kemisk reaktion. Kaldet mekanokemi, denne eksperimentelle tilgang har adskillige anvendelser i syntese af nye materialer, og attraktive funktioner, hvad angår genanvendelse af plast.

Dekonstruktionen af ​​polystyren forløber gennem en række kemiske hændelser, der involverer mekanisk adskillelse af makromolekylerne, som genererer frie radikaler, der kan påvises i det formalede materiale, selv efter dets langvarige udsættelse for luft. De metallejer, der bruges til formaling og det omgivende oxygen, fungerer som co-katalysatorer, der muliggør ekstraktion af den monomere styren fra de dannede oligomere radikalbærende arter. Forsøgene viste, at temperaturstigningen i materialet under formaling ikke er ansvarlig for det observerede fænomen, da temperaturen inde i det formalede pulver ikke overstiger 50oC, mens den termiske nedbrydning af polystyren i luft starter ved omkring 325oC. Clemsons gruppe bekræftede den omfattende dekonstruktion af den originale polymer i mindre fragmenter, oligomere materialer, velegnet til videreforarbejdning til nye værdiskabende produkter.

"Denne metode repræsenterer et vigtigt gennembrud, der muliggør demontering af en polymer samtidig med dens nedbrydning under omgivende forhold, det er, ~300 C under den termiske nedbrydningstemperatur for det uberørte materiale," sagde Ames Laboratory Senior Scientist Viktor Balema. "Vi mener, at dette proof of concept er en spændende mulighed for at udvikle nye genbrugsteknologier til alle slags plastik, og det vil bidrage til etableringen af ​​den cirkulære økonomi."

Hans partner fra Clemson University, Kentwool Distinguished Professor Igor Luzinov, kommenterede endvidere, at "denne opdagelse åbner nye veje for lavtemperaturgenvinding af monomerer fra multikomponent polymerbaserede systemer såsom kompositter og laminater. vores teknologi gør det muligt at udtrække monomeren fra tværbundne materialer, der indeholder styrenenheder i deres strukturer. "

Alfred P. Sloan Foundation Research Fellow, Professor Aaron Rossini fra Iowa State University, bemærkede endvidere, at "elektron paramagnetisk resonansspektroskopi viser store koncentrationer af frie radikaler carboncentrerede arter i polystyren, der blev formalet i luft. Dette er et overraskende resultat, fordi frie radikaler normalt er meget reaktive. Også, tilstedeværelsen af ​​radikalerne giver direkte bevis for, at formalingen direkte forårsager spaltning af polymerkæderne. Vi forventer, at de reaktive steder, der er forbundet med de frie radikaler, kan bruges til at funktionalisere de forarbejdede polymerer til opnåelse af nye værditilvækstprodukter. "

Forskningen diskuteres yderligere i papiret "Depolymerisation af polystyren under omgivende betingelser, "forfattet af Viktor P. Balema, Ihor Z. Hlova, Scott L. Carnahan, Mastooreh Seyedi, Oleksandr Dolotko, Aaron J. Rossini, og Igor Luzinov; vist på forsiden af New Journal of Chemistry .