Китайские ученые предложили новый способ переработки пластика

Пластик одновременно и проклятие и благословение всей нашей цивилизации. С одной стороны, без пластических масс различных типов человечество развивалось бы совсем иначе. Изобретение пластмасс в свое время позволило значительно ускорить технический прогресс. С другой стороны, пластик постепенно засоряет нашу планету. Особенно это актуально в отношении полиэтилена — переработать его непросто, и большое количество полиэтиленовой пленки и изделий просто выбрасывается. А дальше — пластик попадает в моря и океаны, формирует гигантские мусорные острова, нарушает трофические цепочки в экосистемах различных типов.

Как можно решить эту проблему? На первый взгляд, решение лежит на поверхности: собираем пластмассовые изделия, отправляем на переработку (переплавку), создаем новые изделия. Но дьявол, как говорится, в деталях. Для того, чтобы переработать пластик предложенным способом, нужно собирать пластиковые отходы, изготовленные из одного типа пластмасс. К примеру, только прозрачные пластиковые бутылки ПЭТ. И даже в этом случае нужно приложить значительные усилия — отмыть бутылки до такой степени, чтобы в финальном расплаве было минимальное количество примесей. Это возможно, но не слишком практично и довольно затратно. Еще один способ — это переработка пластмасс без доступа кислорода под большим давлением и температурой около 500°C. В итоге получаем ряд мономеров, включая стирол, терефталевую кислоту, метилметакрилат. В современных условиях перерабатывается лишь малая толика пластмасс, остальное просто выбрасывается. Не очень практично. Что же делать?

На днях китайские ученые из Шанхайского института органической химии во главе с Сяонкхином Цзя (Xiangqing Jia) предложили новый тип переработки, позволяющий превращать пластик в дизельное топливо. Его всегда требуется много, поэтому, если технологический процесс переработки экономически выгоден, пластик можно перерабатывать в огромных количествах. Пока что китайцы работают только с полиэтиленом.

Полиэтилен — термопластичный полимер этилена, относится к классу полиолефинов. Является органическим соединением и имеет длинные молекулы …—CH2—CH2—CH2—CH2—…, где «—» обозначает ковалентные связи между атомами углерода. Самая распространённая в мире пластмасса. На обработку поступает в виде гранул от 2 до 5 мм. Полиэтилен получают полимеризацией этилена. Изделия из полиэтилена пригодны для переработки и последующего использования. Полиэтилен (кроме сверхвысокомолекулярного) перерабатывается всеми известными для пластмасс методами, такими как экструзия, экструзия с раздувом, литьё под давлением, пневматическое формование.

Процесс, предложенный китайцами, состоит из двух этапов. И первый, и второй этапы преобразования полиэтилена в дизельное топливо требуют использования катализаторов. Первый катализатор имеет в своем составе иридий (китайцы не раскрывают подробностей об этом соединении). Этот катализатор удаляет часть водорода из углеродных связей. В результате некоторые одинарные связи между атомами углерода превращаются в двойные. А это, в свою очередь, открывает возможность использования второго катализатора.

Его состав и структуру китайские ученые также не раскрывают, сообщив только, что катализатор включает атомы рения и алюминия. Используются также соединения нефти (специалисты не раскрывают названия компонентов). Под воздействием второго катализатора разрываются двойные связи между атомами углерода, а к концам образовавшихся компонентов присоединяются молекулы соединений нефти.

Весь процесс циклический. Как говорилось выше, первый катализатор вытесняет атомы водорода из полиэтилена. Но этот же водород можно использовать повторно, для преобразования двойных связей между атомами углерода в одинарные. Такие реакции можно повторять снова и снова. Если делать это несколько часов подряд, весь полиэтилен разрушается, остаются только компоненты этого соединения. Для повышения скорости прохождения реакции нужна температура в 150°C.

По завершению процесса полиэтилен разделяется на три основных типа компонентов. Первый тип — простые органические соединения вроде бутана, его можно использовать для проведения других химических реакций на производстве. Второй — воскоподобные соединения, которые нужны для получения пластмасс. И третий тип — дизельное топливо.

Изменяя различные этапы процесса преобразования полиэтилена, исследователи могут увеличивать или уменьшать выход каждого из этих трех компонентов. По словам китайских ученых, большинство пластмасс можно разделять на отдельные компоненты при помощи такого типа реакции. Но для других типов пластика условия проведения реакции будут несколько иными. Достоинством предложенного решения является высокая эффективность и относительно мягкие условия прохождения реакции.

Ученые, разработавшие этот метод, планируют запатентовать его в 2017 году. Возможно, коммерческое использование предложенного процесса начнется уже в этом году.