يمكن لعملية جديدة أن تقلل من كمية البلاستيك المدفون في مقالب القمامة. الفكرة:تحويل بعض الأنواع التي لا يمكن إعادة تدويرها إلى نوع يمكن تسخينه ثم إعادة تشكيله.
من بين أكثر من 35.4 مليون طن من البلاستيك يتم إنتاجها سنويًا في الولايات المتحدة ، فإن الحصة التي يتم إعادة تدويرها "صغيرة نسبيًا" ، كما وجدت وكالة حماية البيئة - 8.4 بالمائة فقط اعتبارًا من عام 2017. وتضيف أكثر من الثلث ، في النهاية يتم إرسالها إلى مكبات النفايات كنفايات.
قد تستغرق المواد البلاستيكية مئات السنين لتتحلل أو تتحلل كيميائيًا. وعندما يتم دفنها في مكبات النفايات ، فإنها تأخذ مساحة ثمينة. ينتهي المطاف بالنفايات البلاستيكية الأخرى في المحيطات والجداول والمجاري المائية الأخرى. هناك تنقسم إلى جزيئات صغيرة تسمى اللدائن الدقيقة. يحتوي بعضها على إضافات ضارة. يمكن أن توفر اللدائن الدقيقة أيضًا سطحًا تتشبث به الملوثات والميكروبات الأخرى. ويمكن لهذه القطع البلاستيكية أن تتراكم في بعض الحيوانات أيضًا.
يمكن صهر أنواع قليلة من البلاستيك وتحويلها إلى عناصر جديدة. يمكن إعادة تدوير العديد من زجاجات المشروبات وكتل LEGO وغيرها من المنتجات (التي تحمل علامة 1 أو 2) بهذه الطريقة. جزيئاتهم هي في الأساس سلاسل طويلة من مجموعات الذرات المتكررة.
حتى الآن ، على الرغم من ذلك ، لا توجد طريقة لإعادة تدوير ما يُعرف باسم اللدائن المتصلدة بالحرارة. البادئة الحرارية - تشير إلى الحرارة أو درجة الحرارة. تأخذ عملية صنع هذه المواد البلاستيكية مواد صلبة أو سائلة ناعمة ثم تعالجها ، عادةً عن طريق التسخين.
يشكل هذا العلاج روابط متشابكة بين مجموعات الذرات في هذا البلاستيك. هذه الشبكة من الذرات المترابطة تجعل هذه المواد البلاستيكية خفيفة الوزن قوية بما يكفي لتحمل الصدمات. كما أنها عوازل جيدة للحرارة والكهرباء.
تقول Ica Manas-Zloczower:"معظم المكونات البلاستيكية في الطائرة هي مواد صلبة حرارية". إنها مهندسة كيميائية في جامعة كيس ويسترن ريزيرف في كليفلاند بولاية أوهايو. "لديك حرارية في السيارات. لديك مواد حرارية في المباني ". تظهر هذه المواد البلاستيكية ، المستخدمة على نطاق واسع ، في منتجات تتراوح من الهواتف المحمولة إلى شفرات توربينات الرياح.
تعني الروابط المتقاطعة الدائمة أن هذه المواد البلاستيكية لا يمكن صهرها وإعادة تشكيلها فحسب. لكن هذا قد يتغير قريبًا.
هل الزجاج هو الحل؟
منذ حوالي 10 سنوات ، طور باحثون في فرنسا مواد بلاستيكية ذات روابط متقاطعة قابلة للإفراج. هم معروفون باسم vitrimers [VIH-trih-murs]. تقول Manas-Zloczower ، فكر في رقصة شعبية حيث يغير الناس شركائهم. هنا ، تقول مجموعات من الذرات وداعًا لشركائها حيث تتفكك روابطها المتقاطعة. ثم تزاوج المجموعات لتتشابك مع شركاء جدد.
في العام الماضي ، كان Manas-Zloczower و Liang Yue ، أيضًا في Case Western ، جزءًا من فريق طور عملية لتحويل البلاستيك بالحرارة إلى مثل هذه الزجاجات. الآن ، قامت هذه المجموعة بتحسين العملية أكثر. يمكن إعادة تدوير البلاستيك المصنوع بهذه الطريقة مرارًا وتكرارًا.
قام الفريق بدمج أجزاء من نوع واحد من البلاستيك الحراري مع كمية صغيرة من مركب أساسه الزنك. أضافوا المزيج إلى مطحنة الكرة. إنها طاحونة عالية الطاقة تستخدم كرات مصنوعة من المعدن أو بعض المواد المتينة الأخرى. تحول الطاقة الميكانيكية لمطحنة الكرة البلاستيك إلى مسحوق ناعم. تخلق العملية أيضًا جذورًا - جزيئات بها إلكترون واحد أو أكثر من الإلكترونات الخارجية.
يقول يوي:"إن الراديكاليين شديدو التفاعل". في المزيج ، تتفاعل الجذور مع الجزيئات الأخرى لتحويل الروابط الكيميائية المتشابكة إلى أنواع غير دائمة موجودة في فيتريميرس. يمكن الآن ضغط هذا المسحوق في قالب ساخن لتشكيل شكل جديد. في وقت لاحق ، يمكن تسخين البلاستيك الجديد وتشكيله مرة أخرى ، دون إضافة المزيد من مادة الزنك.
وبهذه الطريقة ، يلاحظ أن هذه المواد البلاستيكية "يمكن إعادة معالجتها مرارًا وتكرارًا".
يقول Manas-Zloczower إن نهجًا مشابهًا يمكن أن يعمل مع أنواع أخرى من اللدائن الحرارية أيضًا. قد يعتمد هؤلاء على مواد كيميائية أخرى غير مركب الزنك. قد يكون أداء بعض اللدائن الزجاجية أفضل من المواد البلاستيكية الأصلية في بعض الاستخدامات. قد يكون أداء الآخرين أقل جودة. على سبيل المثال ، قد يتحمل المرء قوة أكبر قبل أن ينكسر - لكن يكون أقل مرونة.
يبحث الفريق الآن عن شركاء أعمال لمساعدة المجموعة على توسيع نطاق عمليتها الجديدة. ويلاحظ يوي أنه ستكون هناك حاجة أيضًا إلى مزيد من البحث حول التأثيرات المحتملة من المواد المضافة المختلفة في هذه المواد البلاستيكية. وصفت مجموعته بلاستيك الزجاج القابل لإعادة التدوير الجديد في 16 يونيو رسائل ماكرو ACS .
تقول تانيا يونكرز:"إن فكرة تحويل المواد الحرارية الموجودة إلى فيتريميرس جذابة للغاية". إنها كيميائية بوليمر في جامعة موناش في كلايتون ، أستراليا. على الرغم من أنها عملية جديدة ، يمكن تطبيقها على نفايات البوليمر التي تم إنتاجها قبل وقت طويل ، كما توضح. لكنها تقول أولاً ، إن التقييم الكامل لهذه التقنية والبلاستيك الجديد سيحتاج إلى اختبار كامل.
يضيف Junkers أن نهج الفريق "بسيط نسبيًا" مقارنة ببعض الأساليب. "ولكن هذه البساطة هي بالضبط التي تسمح بتطبيقها في العالم الحقيقي."
