Жизнь в пластиковом мире: решение проблемы пластикового загрязнения

Поскольку пластик не подлежит биоразложению, он накапливается в окружающей среде, нарушая среду обитания и естественные процессы. Ежегодно миллионы диких животных страдают от пластиковых отходов.

По мере разложения пластмассы выделяют в окружающую среду токсичные соединения и образуют мелкие пластиковые частицы, называемые микропластиком. Эти микропластики сейчас распространены повсеместно и связаны с серьезными последствиями для здоровья, такими как нарушения обмена веществ и повреждения органов.

Переработка пластика сокращает количество отходов и сохраняет природные ресурсы. Однако в настоящее время во всем мире перерабатывается только около 10 процентов пластика. Этот низкий показатель отчасти объясняется сложностью переработки некоторых видов пластика, таких как электронные отходы и морской пластиковый мусор. Кроме того, химические процессы расщепления пластика на компоненты многократного использования являются энергоемкими.

Исследователи из NTU Singapore решают эти серьезные проблемы и добиваются прогресса в сокращении загрязнения пластиком.

Перепрофилирование электронных отходов для биомедицинских целей

Пластмассы составляют большую часть электронных отходов (электронных отходов), что обусловлено быстрым технологическим прогрессом и высоким потребительским спросом. Согласно отчету ООН, объем электронных отходов растет в пять раз быстрее, чем официальные показатели переработки. В 2022 году в результате электронных отходов во всем мире образовалось 17 миллионов тонн пластика.

Одноразовый пластик также широко используется в исследованиях и здравоохранении, особенно в клеточных культурах.

Акрилонитрил-бутадиен-стирол (АБС) – это распространенный электронный пластик, используемый в таких устройствах, как клавиатуры и ноутбуки. Перепрофилирование АБС-пластика для дорогостоящих биомедицинских применений может эффективно сократить количество пластиковых отходов.

Ученые из NTU разработали синтетическую матрицу для культивирования клеток с использованием ABS из выброшенных клавиатур. Пористая матрица действует как каркас, обеспечивая структуру для прикрепления и роста клеток.

Эта матрица позволяет культивировать сферические кластеры клеток, называемые раковыми сфероидами, которые более точно представляют настоящие опухоли благодаря своей трехмерной форме по сравнению с традиционными клеточными культурами.

Чтобы изготовить матрицу, ученые растворили пластиковые отходы от выброшенных клавиатур в органическом растворителе — ацетоне и вылили раствор в форму. Матрица способствовала росту сфероидов рака молочной железы, колоректального рака и костей. Эти раковые сфероиды проявляли свойства, аналогичные свойствам, выращенным с использованием коммерчески доступных матриц, и могли использоваться для биомедицинских целей, таких как тестирование лекарств.

«Наша инновация не только предлагает практические средства повторного использования электронных отходов пластика, но также может сократить использование новых пластмасс в биомедицинской промышленности», — сказал доцент Далтон Тэй из Школы материаловедения и инженерии NTU, который возглавлял исследование. исследовать. Исследование было опубликовано в журнале *Resources, Conservation & Recycling* в 2024 году.

Преобразование трудноперерабатываемых пластиковых отходов в полезные материалы

Хотя некоторые виды пластика можно переработать в новые продукты, другие, например бытовой пластик, упаковочные отходы и морской пластиковый мусор, сложнее переработать. Более того, обработка смешанного и загрязненного пластика дает ограниченную экономическую выгоду.

Исследователи NTU изучали возможность использования трудно поддающихся вторичной переработке пластмасс в качестве источника твердого углеродного материала для пенопластов. Процесс включает в себя нагревание различных видов пластиковых отходов при высоких температурах (600 градусов по Цельсию) в отсутствие кислорода для получения газа и нефти, которые затем нагреваются до температуры более 1000 градусов по Цельсию для расщепления на твердый углерод и водород. Твердый углерод можно добавлять в полимерную пену для повышения ее прочности и устойчивости к истиранию при использовании в качестве амортизации. Пена, содержащая синтезированный твердый углерод из пластиковых отходов, показала свойства, сравнимые с другими углеродными и традиционными армирующими материалами.

Произведенный водород можно собирать и использовать в качестве топлива.

Опубликованное в *Журнале опасных материалов* в 2024 году исследование знаменует собой важную веху в перепрофилировании пластиковых отходов, которые ранее не поддавались вторичной переработке. «Мы разработали реальный подход к переработке трудно поддающихся вторичной переработке пластмасс, что является важным аспектом экономики замкнутого цикла», — сказал ведущий исследователь доцент Гжегож Лисак из Школы гражданского и экологического строительства НТУ.

Более экологичный способ разрушения пластика

Обычные методы разрушения пластика включают его нагревание при высоких температурах, что является энергозатратным и приводит к образованию парниковых газов, способствующих глобальному потеплению.

Учитывая потребность в более экологичных методах, ученые NTU разработали процесс переработки большинства пластиков в ценные химические соединения, полезные для хранения энергии. В этой реакции используются светоизлучающие диоды (СИД) и коммерчески доступный катализатор при комнатной температуре, и она может расщеплять широкий спектр пластиков, включая полипропилен, полиэтилен и полистирол, которые обычно используются в упаковке и выбрасываются как отходы.

По сравнению с традиционными методами переработки пластика этот процесс требует гораздо меньше энергии.

Сначала пластик растворяют в органическом растворителе дихлорметане, чтобы сделать полимерные цепи более доступными для фотокатализатора. Затем раствор смешивается с катализатором и пропускается через прозрачные трубки, где на него освещается светодиодный свет. Свет обеспечивает начальную энергию для разрыва углерод-углеродных связей с помощью ванадиевого катализатора. Углеродно-водородные связи пластиков окисляются, что делает их менее стабильными и более реакционноспособными, после чего происходит разрыв углерод-углеродных связей.

Получающимися конечными продуктами являются такие соединения, как муравьиная кислота и бензойная кислота, которые можно использовать для производства других химикатов для топливных элементов и жидких органических носителей водорода (LOHC) – органических соединений, которые поглощают и выделяют водород посредством химических реакций. LOHC изучаются в энергетическом секторе в качестве носителя водорода.

По словам доцента Хан Су Сена из Школы химии, химической инженерии и биотехнологии НТУ, который руководил исследованием, этот прорыв не только решает растущую проблему пластиковых отходов, но и повторно использует углерод, захваченный в этих пластиках, вместо того, чтобы высвобождать его. в виде парниковых газов при сжигании. О методе сообщалось в журнале *Chem* в 2023 году.

Источник: Наньянский технологический университет