科学家改进了将难以回收的塑料废物转化为燃料的工艺

通过化学回收将塑料废物转化为有用的产品是解决地球日益严重的塑料污染问题的一种策略。科学家们说，一项新的研究可能会提高一种称为热解的方法处理难以回收的混合塑料(如多层食品包装)并产生燃料作为副产品的能力。

热解涉及在无氧环境中加热塑料，导致材料分解并在此过程中产生新的液体或气体燃料。然而，科学家们说，目前的商业应用要么在必要的规模下运行，要么只能处理某些类型的塑料。

“我们对混合塑料热解的理解非常有限，”宾夕法尼亚州立大学能源工程和化学工程助理教授HilalEzgiToraman说。“了解高级回收过程中不同聚合物之间的相互作用效应非常重要，因为我们正在努力开发可以回收真实废塑料的技术。

科学家们对两种最常见的塑料类型，低密度聚乙烯(LDPE)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)以及不同的催化剂进行了共热解，以研究塑料之间的相互作用效应。他们发现一种催化剂可能是将混合的LDPE和PET废物转化为有价值的液体燃料的良好候选者。催化剂是添加到热解中的材料，可以帮助该过程，例如诱导塑料在较低温度下选择性地分解。

“这种类型的工作可以让我们为行业提供指导方针或建议，”托拉曼说，他是宾夕法尼亚州立大学约翰和威利·利昂家族能源和矿产工程系的弗吉尼亚S.和PhilipL.WalkerJr.教职研究员。“在高级回收期间，重要的是要发现这些材料之间存在什么样的协同作用，以及在扩大规模之前它们可能适合哪些类型的应用。

塑料LDPE和PET通常用于食品包装中，食品包装通常由不同的塑料材料层组成，这些材料旨在保持产品的新鲜和安全，但也很难用传统工艺回收，因为必须分离层，这是一个昂贵的过程。

“如果你想回收它们，你需要基本上分离这些层，也许可以用单个流做一些事情，”Toraman说。“但热解可以处理它，所以这是一个非常重要的选择。要找到这样一种技术来接受这些不同塑料材料的混乱复杂性并不容易。

科学家们说，开发新的商业热解工艺的第一步取决于对动态塑料废物混合物如何分解和相互作用有更好的机械理解。

科学家们分别对LDPE和PET进行了热解，并在测试期间观察了两种聚合物与他们使用的三种催化剂中的每一种之间的相互作用效应。科学家们在《反应化学与工程》杂志上报道了这一发现。

“我们看到的产品可以成为汽油应用的非常好的候选者，”Toraman说。

该团队还开发了一个动力学模型，该模型能够准确地模拟LDPE和PET与每种催化剂共热解过程中观察到的相互作用效应。动力学模型试图预测系统的行为，对于更好地理解为什么会发生反应非常重要。

Toraman的研究小组专注于在明确定义和良好控制的条件下进行实验，以了解混合塑料高级回收过程中的相互作用效应和相应的反应机理。

“关于理解反应途径和开发动力学模型的系统和基础研究是工艺优化的第一步，”Toraman说。“如果我们没有正确的动力学模型，我们的反应机制不准确，那么如果我们扩大试验工厂或大规模运营，结果将不准确。

Toraman说，她希望这项研究能够在地球资源的回收，加工和利用方面更好地承担环境责任。

对所有大规模生产的塑料进行的全球分析发现，迄今为止，全球估计总共生产了83亿吨新塑料。截至2015年，79%含有大量危险化学品的塑料废物被留在垃圾填埋场或自然环境中，其中约12%被焚烧，只有9%被回收。

“无论我们做什么都比什么都不做要好，”托拉曼说。“我们需要将这些塑料再次纳入经济，以实现循环经济，否则它们最终只会进入垃圾填埋场，将潜在的有毒物质浸入土壤和水或污染海洋。因此，做某事，找到价值，总比什么都不做要好。塑料目前被认为是废物，因为我们将这些宝贵的资源视为废物。

该项目的其他宾夕法尼亚州立大学研究人员是化学工程系的博士生肖恩·蒂莫西·奥康斯基和约翰和威利·利昂家族能源与矿物工程系的博士后研究员J.V.贾亚拉马·克里希纳。