Phương pháp mới biến rác thải nhựa thành tài nguyên quý

Các chất xúc tác mới giúp đơn giản hóa quy trình tái chế, bằng cách rút đi một bước quan trọng: loại bỏ hydro để tạo ra các điểm dễ phá vỡ trong cấu trúc của nhựa.

Các nhà nghiên cứu tại Đại học California (UC), Berkeley, Mỹ đã công bố một quy trình hóa học có tiềm năng cách mạng hóa việc tái chế nhựa.

Quy trình sáng tạo này có thể làm bay hơi hiệu quả các loại rác thải nhựa phổ biến nhất. Sau đó, nó biến rác thải nhựa thành các vật liệu hữu ích, giúp sản xuất nhựa mới.

John Hartwig, giáo sư hóa học tại UC Berkeley, người dẫn đầu nghiên cứu, đã giải thích phương pháp mới này và những lợi ích mà nó mang lại trong một cuộc phỏng vấn với trang tin Interesting Engineering.

Quá trình xúc tác này có thể phá vỡ polyethylene và polypropylene, hai loại nhựa chiếm tới hai phần ba tổng số rác thải nhựa sau tiêu dùng trên thế giới.

“Chúng ta có một lượng lớn polyethylene và polypropylene trong các vật dụng hàng ngày, từ túi đựng cơm trưa đến chai xà phòng giặt và bình sữa – rất nhiều thứ xung quanh chúng ta được làm từ hợp chất polyolefin này,” Giáo sư Hartwig nói.

Quy trình mới chuyển đổi chúng thành các khối hợp nhất hydrocarbon quý giá, có thể tái sử dụng trong sản xuất nhựa mới. Điều này có thể tạo ra một nền kinh tế tuần hoàn cho nhiều loại nhựa dùng một lần, giúp giảm nhu cầu về nhựa mới từ nhiên liệu hóa thạch và giảm thiểu tác động môi trường của rác thải nhựa.

Lợi thế của phương pháp mới

Phát triển này dựa trên nghiên cứu trước đó của Hartwig và nhóm của ông, tập trung vào việc phá vỡ polyethylene thành propylene.

Các nhà nghiên cứu nhấn mạnh một lợi thế quan trọng của oxit vonfram và chất xúc tác natri trên nhôm oxit so với các chất xúc tác kim loại quý được sử dụng trước đó.

“Các chất xúc tác trước đây có hoạt động, nhưng không bền và không thể tái tạo, cũng như tái sử dụng. Ngoài ra, các chất xúc tác trước đó không hoạt động trên polypropylene,” Giáo sư Hartwig giải thích.

“Các chất mới sẽ phân hủy polypropylene và phản ứng với số lần luân chuyển cao hơn và có thể sử dụng qua nhiều chu kỳ phản ứng.”

Các chất xúc tác mới không cần phải loại bỏ hydro để tạo ra các liên kết đôi carbon-carbon dễ phá vỡ trong polyme, một bước quan trọng trong quy trình trước đó.

Chúng cũng có hiệu suất cực kỳ cao, chuyển đổi hỗn hợp polyethylene và polypropylene gần như đồng đều thành propylene và isobutylene với hiệu suất khoảng 90%.

Ảnh hưởng đến phụ gia nhựa

Các nhà nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng quy trình này có khả năng chống lại một số phụ gia nhựa. Họ đã chứng minh kết quả này bằng việc phá hủy thành công nhiều vật dụng nhựa hàng ngày.

Tuy nhiên, nghiên cứu của họ chỉ ra rằng, một số phụ gia nhất định, chẳng hạn như poly(vinyl chloride) (PVC) và polyethylene terephthalate (PET), có thể làm suy yếu và giảm hiệu quả của chất xúc tác.

May mắn thay, các vật liệu này có thể dễ dàng tách khỏi polyethylene và polypropylene.

“Chất xúc tác của chúng tôi chịu được polystyrene, một chất gây ô nhiễm khó phân tách theo mật độ,” Hartwig nói.

“Chất xúc tác cũng bị suy yếu bởi các phụ gia phthalate. Có nhiều chất phụ gia và tạp chất khác có thể có trong rác thải nhựa, và công việc trong tương lai sẽ được thực hiện để kiểm tra khả năng chịu đựng của chúng.”

Quy mô sử dụng

Việc chuyển đổi sang các chất xúc tác rắn đã mở đường cho quy trình dòng chảy liên tục, một phương pháp được sử dụng rộng rãi trong các phản ứng công nghiệp quy mô lớn nhờ tính hiệu quả và khả năng mở rộng.

“Hầu hết các phản ứng công nghiệp quy mô lớn được thực hiện như một quy trình liên tục. Quá phiền phức khi phải chạy từng mẻ riêng lẻ để tạo ra hàng tấn sản phẩm.”

Phương pháp mới này mang lại nhiều lợi thế quan trọng. Thứ nhất, nó giúp thu hồi và tái sử dụng chất xúc tác dễ dàng hơn, dẫn đến việc tiết kiệm chi phí và giảm thiểu tác động môi trường.

Thứ hai, quy trình dòng chảy liên tục cung cấp khả năng kiểm soát tốt hơn đối với điều kiện phản ứng, cho phép quản lý chất lượng và sản lượng sản phẩm tốt hơn.

Nghiên cứu và phát triển trong tương lai

Các nhà nghiên cứu đã xác định các lĩnh vực chính cần phát triển và tối ưu hóa thêm cho quy trình này.

Họ đang tích cực làm việc để cải thiện tuổi thọ và khả năng tái sinh của chất xúc tác, đặc biệt là đối với natri trên chất xúc tác nhôm oxit.

“Chúng tôi cũng cần nghiên cứu về cấu hình của lò phản ứng để mở rộng quy mô và tìm hiểu thêm về tác động của các chất phụ gia và tạp chất,” Giáo sư Hartwig kết luận.

Mặc dù vẫn còn nhiều thách thức, bao gồm tác động của một số phụ gia nhựa và nhu cầu mở rộng quy mô, đột phá này là một bước tiến quan trọng hướng tới một tương lai bền vững hơn trong quản lý rác thải nhựa.