COSMOlogic-可減少數(shù)百萬噸塑料垃圾的新回收工藝
最近，Wisconsin-Madison大學(xué)的工程師們發(fā)明了一種用溶劑回收塑料垃圾中聚合物的方法，他們稱之為“溶劑定向回收和沉淀（STRAP）處理”。主要應(yīng)用COSMO-RS計(jì)算出不同溫度下目標(biāo)聚合物在溶劑混合物中的溶解度，以探索候選溶劑。
多層塑料材料在食品和醫(yī)療用品包裝中無處不在，特別是因?yàn)槎鄬泳酆衔锟梢再x予這些材料特殊的性能，例如耐熱性或氧氣和水分的控制。雖然實(shí)用性很強(qiáng)，但使用常規(guī)方法無法回收這些難以降解的塑料。
全球每年生產(chǎn)約1億噸多層熱塑性塑料，每一層又由多達(dá)12層不同的聚合物組成。其中40%是制造過程中本身產(chǎn)生的塑料垃圾，由于沒有辦法分離聚合物，幾乎所有的塑料最終都被填埋或焚化。
最近，Wisconsin-Madison大學(xué)的工程師們發(fā)明了一種用溶劑回收這些材料中聚合物的方法，他們稱之為“溶劑定向回收和沉淀（STRAP）處理”。這項(xiàng)工作于2020年11月20日在Science Advances上發(fā)表。
通過使用一系列的溶劑進(jìn)行洗滌，溶劑的選擇是通過熱力學(xué)計(jì)算聚合物的溶解度來指導(dǎo)的，UW-Madison分校的化學(xué)和生物工程教授George Huber和Reid Van Lehn與他們的學(xué)生們使用STRAP方法將聚合物分離成一種由普通分層材料聚乙烯、乙烯醇和聚對苯二甲酸乙二醇酯組成的商業(yè)塑料。
最終分離出來的聚合物在化學(xué)上與用來制作原始薄膜的聚合物相似。研究小組現(xiàn)在希望利用回收的聚合物來制造新的塑料材料，證明這一過程可以幫助關(guān)閉回收循環(huán)。特別是，它可以回收在生產(chǎn)和包裝過程中產(chǎn)生的那40%的塑料垃圾。
“我們已經(jīng)用多層塑料證明了這一點(diǎn)” Huber說，“我們需要嘗試其他多層塑料，并且需要擴(kuò)大這項(xiàng)技術(shù)的規(guī)模”。
隨著多層塑料的復(fù)雜性增加，識別可溶解每種聚合物的溶劑的難度也增加。這是Van Lehn使用真實(shí)溶劑似導(dǎo)體屏蔽模型（COSMO-RS）來指導(dǎo)STRAP方法的原因。
COSMO-RS能夠計(jì)算出不同溫度下目標(biāo)聚合物在溶劑混合物中的溶解度，從而縮小可能溶解聚合物的潛在溶劑的數(shù)量。然后，團(tuán)隊(duì)可以通過實(shí)驗(yàn)探索候選溶劑。
Van Lehn說：“這使我們能夠處理這些復(fù)雜的系統(tǒng)，如果您實(shí)際上要在回收領(lǐng)域有所作為，這是必需的。”
最終目標(biāo)是開發(fā)一種計(jì)算系統(tǒng)，該系統(tǒng)使研究人員能夠找到合適的溶劑組合以循環(huán)利用各種多層塑料。該團(tuán)隊(duì)還希望了解所用溶劑對環(huán)境的影響，并建立綠色溶劑數(shù)據(jù)庫，以便更好地平衡各種溶劑系統(tǒng)的功效、成本和環(huán)境影響。
這個(gè)項(xiàng)目源于UW-Madison分校在催化方面的專業(yè)知識。幾十年來，該大學(xué)的化學(xué)和生物工程研究人員開創(chuàng)了以溶劑為基礎(chǔ)的反應(yīng)學(xué)，將生物質(zhì)（如木材或農(nóng)業(yè)廢棄物）轉(zhuǎn)化為有用的化學(xué)物質(zhì)或燃料前體。這方面的專業(yè)知識也應(yīng)用于溶劑型聚合物的回收利用。
該小組正通過由Huber領(lǐng)導(dǎo)的新成立的多大學(xué)廢塑料化學(xué)循環(huán)中心，在繼續(xù)進(jìn)行STRAP研究。美國能源部資助該研究中心耗資1250萬美元，研究人員正在研究幾種再生和回收聚合物的化學(xué)途徑。
參考文獻(xiàn)：
Recycling of multilayer plastic packaging materials by solvent-targeted recovery and precipitation” by Theodore W. Walker, Nathan Frelka, Zhizhang Shen, Alex K. Chew, Jesse Banick, Steven Grey, Min Soo Kim, James A. Dumesic, Reid C. Van Lehn and George W. Huber, 20 November 2020, Science Advances.
COSMOlogic,COSMOtherm,熱力學(xué)性質(zhì),溶解度
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