Что, если бы переработка пластмасс была так же проста, как щелчок выключателя? В Технологическом университете Эйндховена (TU/e) доцент Фабиан Айзенрайх воплощает эту идею в реальность, используя светодиодный свет для создания и разрушения нового класса высокоэффективных пластмасс. Этот инновационный материал позволяет реализовать действительно циклическую переработку, поскольку процесс можно повторять снова и снова без потери качества.
Это исследование, опубликованное в издании Rising Stars журнала Advanced Materials, знаменует прорыв в области устойчивой химии и может изменить подход к обращению с пластиковыми отходами в будущем.
«По сути, мы являемся молекулярными дизайнерами», — так Эйзенрайх описывает себя и своих коллег из исследовательской группы Polymer Performance Materials. В их лабораториях на кафедре химического машиностроения и химии именно это и является основным направлением работы.
«Наша исследовательская деятельность сосредоточена на „проектировании для переработки“. Мы создаём новые полимеры, чтобы реализовать инновационные стратегии переработки пластмасс. В то же время мы используем органические (на биологической основе) материалы, избегаем токсичных веществ и минимизируем отходы, чтобы сделать весь процесс максимально устойчивым», — говорит Эйзенрайх.
Пластмассы обычно состоят из гибких полимерных цепей. Из-за того, как в настоящее время обычно перерабатывают пластмассы — если говорить кратко: нагрев, расплавление и изменение формы — качество этих полимерных цепей со временем ухудшается. Поэтому нельзя делать это бесконечно, а значит, в конечном итоге всё равно придётся производить новый пластик.
Идеальной альтернативой, по мнению Эйзенрайха, является химическая переработка по замкнутому циклу. «С помощью правильной химической реакции полимерная цепь может быть выборочно расщеплена на исходные строительные блоки. Затем их можно повторно использовать для изготовления точно такого же полимера с идентичными свойствами и качеством». Для достижения этого требуются полимеры, предназначенные для проведения именно такой реакции — отсюда и направленность исследований группы Polymer Performance Materials.
В этом контексте Эйзенрайх описывает свои исследования в области фотохимической переработки, осуществляемой с помощью светодиодного света. «Создание полимеров с помощью света относительно просто. Но разбить их и снова создать таким же образом, то есть переработать, гораздо сложнее, и поэтому это совершенно новое направление исследований. Задача состоит в том, чтобы использовать свет для выборочного расщепления стабильных химических связей внутри полимера, чтобы можно было восстановить исходные строительные блоки».
Недавно Эйзенрайх и Ахсен Саре Ялин, кандидат наук третьего года обучения в его группе, первыми успешно осуществили этот трюк в лаборатории.
«Мы считаем это прорывом в области устойчивой химии, который может изменить подход к обращению с пластиковыми отходами в будущем», — говорит Эйзенрайх. «На данный момент наш дизайнерский полимер всё ещё является нишевым материалом и поэтому не подходит для повседневного использования в пластике. Вместо этого он предназначен для специализированного применения, например, в качестве перерабатываемого клея, который прочно связывается со стеклом и другими пластмассами».
В конечном итоге дальнейшая разработка должна расширить возможности применения. Более того, Эйзенрайх видит большой потенциал в технологии переработки по замкнутому циклу с использованием света. «Я также работаю над 3D-печатью перерабатываемых полимеров с помощью света, что является очень интересным процессом. Вы начинаете с жидкого материала, который принимает твёрдую форму, как только на него падает свет. С помощью этого процесса можно печатать сложные трёхмерные объекты».
Его цель — однажды реализовать фотохимическую переработку традиционных пластмасс с помощью одного только солнечного света. «Тогда вам не понадобится никакой другой источник энергии, насколько это было бы круто?» — говорит Эйзенрайх.
Химический прорыв Эйзенрайха не только проливает новый свет на переработку пластмасс, но и на всю его область. «Это не просто новый материал. Это новый путь вперёд».
Предоставлено
[Технологический университет Эйндховена](https://phys.org/partners/eindhoven-university-of-technology/)