Muovijätteen muuttaminen polttoaineeksi: Tiedemiehet kehittävät huone{0}}lämpötilakatalysaattorin muunnosteknologiaa, joka ratkaisee klooratun muovin kierrätyksen maailmanlaajuisen haasteen
Vuonna 2023 Zhang Wei julkaisi tutkijatohtorin tutkinnon aikana ensimmäisen-kirjoitetun artikkelinTiedemuovin hajottamisesta nestemäiseksi polttoaineeksi. Kaksi vuotta myöhemmin, vuonna 2025, hän on nyt tutkija alma mater East China Normal University -yliopistossaan, ja hän on julkaissut toisen ensimmäisen-kirjoittaman artikkelin (myös vastaavana-kirjailijana)Tiede. Tällä kertaa hän ja hänen yhteistyökumppaninsa Kiinasta ja ulkomailta ovat onnistuneesti muuntaneet muovin bensiiniksi-muuntaen kova-ja-muovisekoitetun jätteen korkealaatuiseksi-laatuiseksi bensiiniksi yhdessä vaiheessa.
30 asteen lämpötilassa tekniikka saavuttaa 95 % muunnosprosentin pehmeille polyvinyylikloridiputkille (PVC) ja 99 % koville PVC-putkille ja PVC-langoille. Tämä mahdollistaa myrkyllisen muovijätteen muuntamisen polttoaineeksi matalan{4}energisen prosessin avulla huoneenlämmössä ja ilmanpaineessa, mikä vähentää energiankulutusta yli 70 %.
Johannes Lercher, artikkelin vastaava kirjoittaja ja sekä Yhdysvaltain kansallisen tekniikan akatemian että Euroopan tiedeakatemian jäsen, huomautti: "Tämä tekniikka on kuin "kemiallisen saksin" löytäminen muovijätteelle, joka pystyy leikkaamaan polymeeriketjuja bensiinin -kokoisiksi molekyyleiksi huoneenlämmössä. Se tarjoaa maailmanlaajuista tukea kiertotaloudelle."
Verrattuna perinteisiin menetelmiin muovin muuntamiseksi polttoaineeksi tämä uusi lähestymistapa vaatii vähemmän energiaa, vähemmän laitteita ja vaiheita, ja se soveltuu suuriin{0}}teollisuuden sovelluksiin. Tuloksena olevat tuotteet sisältävät avainkomponentteja bensiiniä, kemiallisia raaka-aineita ja suolahappoa, joita voidaan käyttää vedenkäsittelyssä, metallinjalostuksessa, lääkkeissä, elintarviketuotannossa ja öljyteollisuudessa.
Muuntamalla erityyppiset muovijätteet arvokkaiksi tuotteiksi yhdessä vaiheessa tämä menetelmä tukee vihreän talouden kehitystä.
Tutkimuksessa Zhang ja hänen tiiminsä sekoittivat muovijätteen kevyisiin isoalkaanihiilivetyihin-öljynjalostuksen sivutuotteena-, jolloin saatiin bensiinin-hiilivetyjä, pääasiassa molekyylejä, joissa on 6–12 hiiliatomia, jotka ovat bensiinin pääkomponentteja. Talteen otettu kloorivetyhappo voidaan turvallisesti neutraloida ja käyttää uudelleen raaka-aineena, mikä mahdollisesti korvaa useita tällä hetkellä käytössä olevia korkean{6}}lämpötilojen-energiaintensiivisiä tuotantoreittejä.
Polyolefiinien osuus maailman muovituotannosta on noin 50 %, kun taas PVC:n, klooratun johdannaisen, osuus on vielä 10 %. PVC:tä on kaikkialla-kotien vesiputkista ja ikkunoista keinonahkalaukkuihin, lattioihin, pankkikortteihin ja lankaeristykseen.
Korkean klooripitoisuuden (noin 57 painoprosenttia) ansiosta PVC aiheuttaa vakavampia ympäristöhaasteita, kun se heitetään pois kuin muut polymeerit. Perinteiset menetelmät, kuten poltto, vaativat perusteellisen kloorinpoiston, jotta estetään myrkyllisten kloorattujen yhdisteiden, kuten dioksiinien ja polykloorattujen bifenyylien, vapautuminen.
Vastauksena Euroopan ja Yhdysvaltojen sääntelyvirastot aloittivat PVC:hen liittyvien aineiden arvioinnin vuonna 2023 ja korostivat, että PVC:n ympäristövaikutuksiin on puututtava kiireellisesti.
Yleensä kemialliset jalostusreitit, jotka hajottavat muovin erittäin{0}}puhtaiksi komponenteiksi, vaativat erilliset korkean lämpötilan{1}}kloorinpoistovaiheet. Zhangin strategia muuttaa jäte-PVC:n kloorittomaksi-polttoainettomaksi-hiilivedyksi ja suolahapoksi yhdessä vaiheessa.
Tämä prosessi mahdollistaa PVC- ja polyolefiiniseosten täydellisen katalyyttisen konversion yhdessä vaiheessa, mikä parantaa merkittävästi aiemmin raportoitujen konversiotekniikoiden tehokkuutta pelkästään polyolefiinien osalta.
Tutkijat havaitsivat, että PVC voi toimia karbokationien lähteenä, mikä eliminoi ulkoisen initiaattorin tarpeen ja nopeuttaa yleistä reaktionopeutta. Esimerkiksi kun PVC:n ja polyeteenin suhde on 1:1, sekoitettu polymeeri voidaan konvertoida täysin 30 minuutissa, jolloin muodostuu noin 97 painoprosenttia nestemäisiä isoalkaaneja.
Osoittaakseen prosessin soveltuvuuden todelliseen{0}}jätteeseen tiimi muunsi erilaisia jälki-PVC-tuotteita alkaaneiksi huoneenlämpötilassa ja ilmanpaineessa. Tulokset osoittivat, että -käytön jälkeinen PVC-jäte, mukaan lukien pehmeät/kovat PVC-putket ja PVC-langat, osoitti samanlaista reaktiivisuutta 30 asteessa.
Käytännössä muovisekajäte voi tuoda ioniseen nestefaasiin erilaisia lisäaineita ja epäpuhtauksia. Nämä voivat vaikuttaa reaktionopeuksiin tai kerääntyä tiheämpään ioniseen nestekerrokseen, mutta orgaaninen faasi voi silti tuottaa merkittäviä määriä kloori-vapaita nestemäisiä alkaaneita ja kaasumaista isobutaania kahdessa tunnissa.
Kun PVC-jäte{0}}sekoitettiin käytön jälkeiseen jäykkään korkeatiheyksiseen polyeteenipullomateriaaliin, lähes -kvantitatiivinen kiintoainekonversio saavutettiin 80 asteessa isobutaanin päätuotteena. Vaikka isopentaanin epäsuhtautuminen on väistämätöntä karbokationien läsnä ollessa, se tapahtuu pääasiassa reaktion alkuvaiheissa.
Tuotteesta noin 40–66 % on kaasumaista isobutaania, joka voidaan kierrättää reagoimattoman isopentaanin kanssa alkylointikomponentteina, mikä korostaa prosessin tehokkuutta ja kestävyyttä.
Tämä tekniikka käsittelee tuotejakelun avainongelmaa sekamuovijätteen muuntamisessa polttoaineeksi, eikä muoviseoksen epäpuhtaudet tai heterogeenisuudet vaikuta siihen.
Tässä reaktiojärjestelmässä dikloorimetaani laimentaa ionista nestettä, mikä vähentää viskositeettia ja paikallista massansiirtovastusta. Se voidaan myös ottaa kokonaan talteen ja käyttää uudelleen yhdessä kaikkien kevyiden tuotteiden kanssa tislaamalla.
Kaiken kaikkiaan tämä työ tarjoaa muuntavan ja skaalautuvan yksivaiheisen prosessin PVC- ja polyolefiinisekoitetun jätteen kierrättämiseen{0}}. Vähentämällä energiankulutusta, vähentämällä laitetarvetta ja poistamalla välivaiheita, se parantaa merkittävästi tehokkuutta ja kustannustehokkuutta-ja vähentää ympäristövaikutuksia.
Lisäksi tämä yksi{0}}vaiheinen menetelmä muuntaa erilaiset muovijätteet arvokkaiksi-tuotteiksi, joiden laatu on parempi, mikä luo perustan teollisille-mittakaavaisille sovelluksille.
Kuten mainittiin, Zhang Wei on paperin ensimmäinen kirjoittaja ja Johannes Lercher, yksi vastaavista kirjoittajista, ja Johannes Lercher, yksi vastaavanlaisista kirjoittajista, oli hänen neuvonantajansa Yhdysvalloissa. Ulkomailla ollessaan Zhang johti jätteen muovin hajoamista koskevia projekteja, joita rahoitti Yhdysvaltain energiaministeriö ja hiilidioksidin hydrausta moni-tehokkaisiin ratkaisuihin, hiilidioksidipäästöjä hyödyntävien polttoaineiden avainsynteereissä. teollinen katalyysi.
Nyt johtamassa tutkimusryhmäänsä East China Normal Universityssä, Zhang keskittyy neljään pääalueeseen:
Jätehiilivarojen (muovi/biomassa) arvostaminen lämpö-, fotoni-, sähkökemiallisten ja katalyyttisten kytkentätekniikoiden avulla.
Raskaiden parafiinihiilivetyjen katalyyttinen krakkaus ja kevyiden alkaanien alkylointi standardibensiinin tuotannon innovoimiseksi.
C1-molekyylien (CO2/CO) katalyyttinen muuntaminen suuritiheyksisiksi energian kantajiksi.
Katalyyttisten reaktioiden ja järjestelmien kehittäminen käyttäen vettä vedyn lähteenä ja väliaineena.
Yliopiston mukaan Zhang edistää edelleen vihreän katalyyttiteknologian teollistumista pilottiyhteistyöllä petrokemian yritysten kanssa. Hän myös hyödyntää tekoälyä kehittääkseen tehokkaampia katalyyttisiä järjestelmiä, selvittääkseen muovin muuntamisen atomitason-mekanismeja ja mahdollistaakseen innovoinnin päästä-päähän-laboratoriosta teollisuuteen.