Учени превърнаха една от най-трудните за рециклиране пластмаси във висококачествено моторно масло

Химикът и инженер-химикът от Вирджинския политехнически институт Голян „Грег“ Лю и неговият изследователски екип разработиха метод за превръщане на поливинилхлорида (ПВХ) в полиалфаолефин – важен компонент, използван в смазочните материали, включително моторното масло.

Работата на учените, публикувана на 5 август в списание Nature може да предложи начин за едновременно решаване на два екологични проблема: трудностите при рециклирането на ПВХ и необходимостта от по-устойчиво производство на ценни промишлени смазочни материали. ПВХ е особено труден за рециклиране, тъй като съдържа хлор и може да включва широк спектър от добавки в зависимост от метода на производство. Тези трудности означават, че големи количества ПВХ в крайна сметка се озовават на сметищата. Междувременно търсенето на смазочни материали, като например моторно масло, продължава да нараства, а производството им е свързано със значителни екологични разходи. Превръщането на изхвърления ПВХ в полезен компонент на смазочните материали би могло да намали количеството пластмасови отпадъци и да създаде ценен нов продукт.

Превръщане на отпадъците от ПВХ в смазочни материали

Смазочните материали рядко привличат внимание, но са необходими за съвременната техника. Моторното масло се използва в оборудване, вариращо от косачки за трева и леки автомобили до реактивни двигатели, поради което промишлеността разчита на стабилни доставки на суровини за производството на смазочни материали. Учените разработи процес, който може да даде още едно приложение на отпадъците от ПВХ и да помогне за решаването на нарастващия проблем с пластмасовото замърсяване.

Методът започва с ПВХ, подобно на материала, използван в битовата сантехника, прозоречните конструкции и дори кредитните карти. Изследователите поставят ПВХ в разтворител, след което добавят алуминиев хлорид и алфа-олефини. Сместа се нагрява до 70 градуса по Целзий в продължение на 3 часа. След това изследователите извличат от разтворителя относително гъсто масло, което функционира като смазочен материал.

„На първо място, доказахме, че е възможно да се използват пластмасови отпадъци за производството на високоефективни смазочни материали. На второ място, тези смазочни материали са екологични и могат да задоволят нарастващите нужди на пазара в областта на устойчивото развитие.“

каза Лю Доказателство за концепцията и осъществимостта на преработката на ПВХ в смазочни материали Въз основа на по-ранни изследвания за „ъпгрейд“ на пластмаса

Проектът е продължение на предишна работа на екипа, публикувана в списанията Science и Nature Sustainability. В тези изследвания учените разработиха подходи за превръщането на други видове пластмасови отпадъци в повърхностноактивни вещества, използвани в продукти като сапун и почистващи средства. След като тези усилия бяха увенчани с успех, Лю и колегите му решиха да проучат дали е възможно също така да превърнат ПВХ в нещо полезно.

Лепкавият резултат доведе до нова идея

Първоначално изследователите експериментираха с химически методи за превръщане на ПВХ молекулите в други материали.

„Идеята беше проста. Като една от най-активираните форми на полиетилена, ПВХ трябва лесно да се превръща в други молекули чрез заместване на хлорните атоми с други групи.“

каза Лю

Първите резултати обаче не бяха особено полезни. Материалите оставаха меки, малко лепкави и не осигуряваха желаното ниво на производителност.

„Един ден осъзнах: ако този полимер е толкова лепкав и мек, защо да не продължим да разбиваме полимерните вериги на по-малки сегменти?“

продължи Лю

Тази промяна в посоката се оказа важна. Докато екипът продължаваше да разгражда PVC, създавайки нови молекули и оценявайки получения материал, Лю започна да разбира, че са създали нещо потенциално по-ценно от обикновен продукт от преработка.

Тестване на създадения материал

За да определи на какво е способно новото масло, Лю се обърна към изследователи с допълнителен опит. Пробите бяха изпратени на Али Ердемир от Тексаския университет A&M, където изследователите тестваха крайните материали. Лю също така сътрудничеше с Уилям Годард от Калифорнийския технологичен институт (Калтех) по отношение на химическите изчисления. Колегата от Политехническия институт на Вирджиния Си Чен проведе икономически и производствен анализ, като разработи модели за възможно производство на маслото в много по-големи мащаби. Сега изследователите искат да направят процеса на производство на смазочни материали по-устойчив, както и да направят крайния продукт по-достъпен.

„Смазочните материали са тихите герои. Често не забелязваме тяхното съществуване, но те работят тихо. Искаме да произвеждаме масло в големи мащаби, за да обхванем повече хора по света.“

каза Лю