Korea Research Institute of Chemical Technology (KRICT)
Корейские химики придумали, как выделить чистый полиэстер из смешанных отходов, а затем превратить его в исходные мономеры. Реакция получилась не только дешевой и экологичной, но и эффективной — ее выход составил более 86%. Полученные результаты можно будет применить в текстильной промышленности и в прочих производствах, работающих с полиэфирным волокном, чтобы перерабатывать отходы и защитить планету от загрязнения. Работа опубликована в журнале ACS Sustainable Chemistry & Engineering.
Искусственные полиэфиры уже давно получили широкое распространение в различных отраслях промышленности — волокна, формируемые из расплава полиэтилентерефталата (ПЭТФ), применяются в производстве различных тканей, меха, шин, утеплителей, упаковочных материалов для пищевых продуктов, бутылок для напитков и прочих изделий, распространенных в повседневной жизни. Из-за непрерывного роста темпов производства перед человечеством закономерно встает вопрос эффективной переработки полиэфиров. Переработка позволяет не только вдохнуть в материал новую жизнь, но и значительно сокращает объем отходов, уменьшает нагрузку на свалки и снижает выбросы углерода в атмосферу.
Однако материалы, созданные на основе полиэфирных волокон, на практике крайне редко подходят для переработки или повторного использования. Проблема в том, что они всегда оказываются загрязнены примесями (к примеру, другими полимерами или красителями), которые способствуют протеканию нежелательных побочных реакций термоокисления и гидролиза во время процесса. Такие реакции приводят к разрушению цепи и деструкции соединений, из-за чего значительно ухудшаются свойства получаемого продукта. Вдобавок к этому волокно не поддается биоразложению, а самым действенным способом утилизации ПЭТФ до сих пор остается сжигание при температурах от 850 °С, сопровождающееся выбросами вредных для окружающей среды отходов. Поэтому ученые ищут способы сделать их пригодными для физической или химической переработки и вторичной эксплуатации.
Теперь ученые из Корейского научно-исследовательского института химической технологии (KRICT) создали новую технологию, с помощью которой эта задача стала осуществимой. Они разработали модель реакции каталитического гликолиза, то есть окисления сложноэфирной связи с последующим ее расщеплением. Реакция позволяет эффективно деполимеризировать ПЭТФ до бис-(2-гидроксиэтил)терефталата (ВНЕТ) путем непрерывного расщепления сложноэфирной связи в полиэфире до тех пор, пока он не распадется на мономеры (ВНЕТ) и олигомеры. В системе наряду с растворителем (безводные этиленгликоль и анизол — классические растворители в органической химии, представляющие собой спирт и эфир), в качестве экологически чистого сорастворителя (co-solvent) ученые взяли ароматические соединения с алкокси-заместителем (1,2- и 1,4-DMB, 1,3,5-TMB). Также химики использовали недорогие катализаторы на основе щелочных металлов, такие как ацетаты и карбонаты калия и натрия. В результате реакции отходы, содержащие ПЭТФ, полностью разложились в течение двух часов, а выход ВНЕТ составил более 86%. Гликолиз происходил при температуре 153 °С, что ниже, чем при аналогичной реакции без сорастворителя (при ней требуется температура не менее 197 °C).
ВНЕТ — мономер, который является важным звеном для производства новых полимеров. Система, разработанная учеными, помогает расщепить и «отсортировать» полиэфирные отходы в чистый ВНЕТ. Мономеры, полученные с помощью метода химической переработки, по качеству эквивалентны продукту, полученному из нефти. Превращение мономеров в исходные строительные блоки с большим выходом реакций поможет обеспечить цикличность и многоразовость процесса без утраты качества. Кроме того, снижение температуры реакции помогает экономить энергию во время технологического процесса.
«В последнее время швейная промышленность использует бытовые отходы, такие как бутылки на основе полиэтилентерефталата, для производства одежды из переработанного полиэстера. Однако этот метод не является надежным, поскольку такой материал нельзя подвергнуть повторной переработке. Наша же современная технология не ограничивается сложностью компонентов или количеством примесей. Независимо от того, получен ли материал непосредственно из нефти, или посредством переработки отходов, наша технология позволяет многократно перерабатывать большинство использованного текстиля. Таким образом, это поможет сократить количество мусора на свалках и существенно приблизить внедрение циклических и многоразовых процессов в пластмассовой и текстильной промышленности», — комментирует один из авторов исследования.
Автор: Нелли Чивилева.