新技術:打破化學鍵,實現塑料無限次分解和重新制造

小青爱吃草2022-12-06  3

导读科羅拉多大學博爾德分校(Colorado University Boulder)⭐發表在《自然化學》✨(Nature Chemistry)⭐雜志上的一項新研究詳細介紹瞭如何將一類廣泛用於航空航天和微電子行業的耐用塑…

新技術:打破化學鍵,實現塑料無限次分解和重新制造

科羅拉多大學博爾德分校(Colorado University Boulder)⭐發表在《自然化學》✨(Nature Chemistry)⭐雜志上的一項新研究詳細介紹瞭如何將一類廣泛用於航空航天和微電子行業的耐用塑料化學分解成最基本的組成部分,然後再次形成相同的材料。這是開發可修復和完全可回收的聚合物的一個重要步驟。

這是一種特別具有挑戰性的回收材料,因為它被設計為在極端高溫和其他惡劣條件下依然能夠保持其形狀和完整性。該研究記錄瞭這種類型的塑料如何在不犧牲其所需物理性能的情況下無限次分解和重新制造。

該研究的第一作者兼化學系主任張偉說:“我們正在跳出條條框框而思考,尋找關於打破化學鍵的不同方法。我們的化學方法可以幫助創造新技術和新材料,也可以用來幫助解決現有的塑料危機。”

他們的研究結果還表明,重新審視其他塑料材料的化學結構可能會產生類似的發現,即如何完全分解和重建它們的化學鍵,使我們日常生活中更多的塑料材料能夠循環生產。在20世紀中期,塑料被普遍應用於幾乎所有的行業和人們日常生活的一部分,因為它們極其方便、實用和便宜。但是半個世紀後,經過指數級的需求和生產,塑料對地球的健康和人類構成瞭一個重大問題。塑料的生產需要大量的石油和化石燃料的燃燒。一次性塑料每年產生數以億計的廢物,這些廢物最終以微塑料的形式進入垃圾填埋場、海洋,甚至進入我們的身體。

因此,回收是本世紀減少塑料污染和化石燃料排放的關鍵。傳統的回收方法是將聚合物機械地分解成粉末,燃燒它們或使用細菌酶來溶解它們。其目的是最終獲得可用於其他用途的更小的碎片。想想用回收的橡膠輪胎制成的鞋子或用回收的塑料水瓶制成的衣服,它們不再是相同的材料,但它們不會在垃圾場或海洋中填埋。

但是,如果你可以用同樣的材料重建一個新的物品,會怎麼樣?如果回收不僅僅是為塑料提供第二次生命,而是提供一次重復的體驗呢?這正是張偉和他的同事所取得的成就。他們顛覆瞭一種化學方法,發現他們可以在一種特別高性能的聚合物中打破並形成新的化學鍵。

他們通過將聚合物分解成單一的單體,即其分子,這是一個可逆或動態的化學概念。這種最新方法特別新穎之處在於,它不僅創造瞭一類新的聚合物材料,就像樂高積木一樣,易於建造、拆開並反復重建,而且這種方法還可以應用於現有的,特別是難以回收的聚合物。

這些新的化學方法也已準備好商業化,並且可以與當前的工業生產即插即用。它確實有利於塑料的未來設計和開發。張偉說:“不僅創造新的聚合物很重要,而且知道如何轉換,升級和回收舊聚合物也非常重要。通過使用我們的新方法,我們可以制備許多新材料——其中一些可能具有與我們日常生活中的塑料相似的特性。”

塑料閉環回收的這一想法受到瞭自然界的啟發,因為植物、動物和人類目前都是地球循環回收系統的一部分。“為什麼我們不能以同樣的方式制造我們的材料?”

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