Các nhà nghiên cứu tại ETH Zurich cho biết một chất phản ứng rẻ tiền có thể phân hủy thủy tinh acrylic thành các thành phần cấu tạo của nó ở nhiệt độ chỉ hơn 200°C, thu hồi được tới 98%.
Các nhà hóa học tại ETH Zurich đã tìm ra cách để tái chế kính acrylic ở nhiệt độ thấp hơn nhiều so với các phương pháp hiện có. Trường đại học đã công bố kết quả vào ngày 19 tháng 10 và nhóm nghiên cứu đã công bố bài báo của mình trên tạp chí Nature Chemistry. ETH cho biết quy trình này có thể giúp việc tái chế vật liệu trở nên khả thi về mặt kinh tế.
Kính acrylic, được bán dưới các thương hiệu như Plexiglas, xuất hiện trong cửa sổ, đèn hậu ô tô và đồ nội thất. Các nhà hóa học gọi nó là polymethyl methacrylate, hay PMMA. Giống như hầu hết các loại nhựa, nó là một chuỗi dài các đơn vị nhỏ gọi là monome. Để tái chế nó bằng phương pháp hóa học, bạn phải phá vỡ chuỗi đó và thu thập các đơn vị riêng lẻ.
Một chất hóa học duy nhất và không cần dung môi.
Quy trình mới sử dụng một chất phản ứng rẻ tiền, có sẵn trên thị trường thuộc nhóm hợp chất N-hydroxyimide. Nó hoàn toàn không cần dung môi. Khi được đun nóng đến hơn 200°C, nhựa bắt đầu phân tách thành các monome, mà nhóm nghiên cứu có thể thu gom và tái sử dụng.
Các phương pháp trước đây cần ít nhất 400°C để phản ứng diễn ra tương tự. Vì vậy, phương pháp sử dụng ETH giúp giảm khoảng một nửa nhiệt độ cần thiết. Trong các thử nghiệm, hiệu suất thu hồi monome đạt tới 98%.
“Điều khiến phương pháp tiếp cận mới của chúng tôi trở nên thú vị chính là sự đơn giản của nó,” Richard Whitfield, tác giả chính của bài báo và là cựu cộng sự nghiên cứu trong nhóm, cho biết. Athina Anastasaki, một nhà khoa học vật liệu và giáo sư tại ETH Zurich, đứng đầu nhóm nghiên cứu.
Vì sao độ tinh khiết quyết định khả năng tái sử dụng
Độ tinh khiết là tiêu chí chính để kiểm tra việc tái chế thủy tinh acrylic, cũng như bất kỳ nguyên liệu tái chế nào khác. Phương pháp nhiệt phân, một phương pháp tái chế hóa học phổ biến cho loại nhựa này, thường được thực hiện ở nhiệt độ trên 400°C. Theo ETH, phương pháp này tạo ra monome với hàm lượng tạp chất lên đến 3%. Đến lượt mình, những tạp chất đó có thể làm giảm chất lượng của bất kỳ loại nhựa mới nào được sản xuất từ vật liệu thu hồi được.
Ngược lại, nhóm nghiên cứu ETH báo cáo rằng monome thu được rất tinh khiết. Điều này vẫn đúng ngay cả khi nguyên liệu ban đầu chứa thuốc nhuộm hoặc các tạp chất khác. Do đó, các nhà nghiên cứu cho biết monome thu hồi được có thể tạo ra kính acrylic mới với chất lượng tương đương lần đầu tiên.
Đó là điểm mấu chốt về mặt thương mại. Nhựa tái chế bằng phương pháp cơ học thường được sử dụng trong các sản phẩm chất lượng thấp hơn vì mỗi lần tái chế đều làm giảm chất lượng của nó. Tuy nhiên, một quy trình thu hồi monome sạch về nguyên tắc có thể sử dụng lại cùng một sản phẩm nhiều lần.
Tìm kiếm thuốc thử phù hợp
Nhóm của Anastasaki đã tìm kiếm chất phản ứng phù hợp trước khi chọn được chất này. “Chúng tôi đã tìm kiếm một cách có hệ thống cho đến khi tìm thấy chất này,” cô nói. Tuy nhiên, kết quả vẫn khiến cả nhóm bất ngờ. “Điều duy nhất khiến chúng tôi ngạc nhiên là chỉ một chất hóa học duy nhất lại đủ để thực hiện phản ứng,” cô nói thêm.
ETH liên kết sự đơn giản này với lý do về tính khả thi kinh tế của nó. Quy trình chỉ sử dụng một chất phản ứng và không cần dung môi, do đó giảm thiểu việc mua, xử lý và tách chiết sau đó. Nó cũng hoạt động ở nhiệt độ chỉ bằng khoảng một nửa so với các phương pháp cũ.
ETH cũng nêu rõ các giới hạn. Theo trường đại học, phương pháp này chỉ hoạt động trên kính acrylic. Các loại nhựa khác sẽ cần các phản ứng hóa học riêng, vì vậy quy trình này sẽ không giúp ích được gì nhiều đối với rác thải nhựa hỗn hợp.
Từ phòng thí nghiệm đến các đối tác được cấp phép
Hiện tại, công việc đang được tiến hành ở quy mô phòng thí nghiệm, và ETH chưa đưa ra thời gian cụ thể cho việc xây dựng nhà máy thí điểm. Trường đại học đã nộp đơn xin cấp bằng sáng chế và hiện đang tìm kiếm các đối tác công nghiệp.
Tiếp theo, nhóm nghiên cứu dự định mở rộng quy mô phương pháp và nghiên cứu chi tiết hơn về cách phản ứng diễn ra. Sau đó, họ muốn phát triển các chất phụ gia giúp tăng tốc độ phân hủy và nâng cao hiệu suất. Các nhà nghiên cứu cũng dự định thử nghiệm nguyên lý tương tự trên polystyrene, một loại nhựa được sử dụng rộng rãi khác.
Anastasaki dự đoán lĩnh vực này sẽ rất cạnh tranh. “Cạnh tranh trong lĩnh vực tái chế nhựa bằng hóa chất rất khốc liệt,” bà nói. Các nhóm nghiên cứu và công ty khác cũng đang phát triển công nghệ tái chế nhựa bằng hóa chất.
Hiện tại, kết quả nghiên cứu của ETH cho thấy việc tái chế thủy tinh acrylic có thể trông như thế nào với lượng nhiệt và nguyên liệu đầu vào ít hơn. Thử nghiệm tiếp theo là tìm một đối tác được cấp phép sẵn sàng đưa công nghệ này ra khỏi phòng thí nghiệm. Cho đến lúc đó, chi phí ở quy mô lớn vẫn chưa được chứng minh.
Bạn cũng có thể thích
Alterra, Technip Energies và Neste ra mắt hệ thống mô-đun để mở rộng quy mô tái chế hóa học nhựa.
Viện Công nghệ Hoàng gia Massachusetts (RMIT) phát triển vật liệu từ tính để loại bỏ vi nhựa và chất gây ô nhiễm khỏi nước thải.
Các nhà nghiên cứu Trung Quốc phát triển "nhựa sống" có khả năng phân hủy trong vòng sáu ngày.