Пластмасса в наши дни повсюду, но современные методы переработки позволяют утилизировать лишь очень ограниченную часть после первоначального использования. Исследователи с факультета химического машиностроения Университета штата Северная Каролина, работающие над изменением этой ситуации, разработали уникальный процесс переработки некоторых наиболее распространенных видов полимеров.
Известная бутылка из-под газировки изготовлена из пластика под названием полиэтилентерефталат (ПЭТ). Эти бутылки распространены повсеместно, но их переработка создает проблемы, в первую очередь из-за загрязняющих веществ или примесей. Доктор Джордж У. Робертс, профессор химического машиностроения, доктор Саад А. Хан, профессор химического машиностроения и директор программы выпускников химических инженеров, и Джоан Паттерсон, докторант в области химического машиностроения, работают над проектом, призванным решить эта проблема.
«Мы пытаемся разработать процесс, в котором мы можем взять полимерные отходы и превратить их обратно в материал, из которого они были сделаны. В процессе из полимера удаляются все примеси», - сказал Робертс. «В идеале это должно быть сделано за один шаг, потому что экономика должна иметь смысл, чтобы процесс имел широкое применение».
Процесс, по словам Робертса, состоит из двух уникальных элементов. «Сначала мы запускаем процесс в машине, называемой двухшнековым экструдером, которая имеет высокую производительность. За очень короткое время можно переработать большое количество полимера», - сказал он. «Экструдер расплавляет ПЭТ и создает очень тонкие пленки, поэтому мы можем связать высокомолекулярный полимер с другим материалом, либо этиленгликолем, либо метанолом, что существенно снизит молекулярную массу полимера."
Во-вторых, сверхкритический диоксид углерода (CO2) смешивается с этиленгликолем или метанолом, что снижает вязкость или липкость полимера, облегчает его обработку и обеспечивает лучший контакт между материалами. В конце процесса CO2 выпускается из экструдера и проходит через конденсатор, где удаляются растворенные примеси. Затем CO2 перерабатывается.
Процесс имеет ряд преимуществ. Конверсия осуществляется в эффективных условиях обработки и является одностадийной, экологически безопасной процедурой. Кроме того, процесс можно адаптировать для материалов с различной молекулярной массой.
Для этой процедуры в исследовательской лаборатории штата Северная Каролина успешно использовался одношнековый экструдер. Теперь Робертс и его команда ищут способы сделать этот процесс экономически целесообразным для промышленного масштаба. «Основная реакция этиленгликоля с полимером известна, но наши предварительные данные говорят о том, что эта усиленная реакция протекает на несколько порядков быстрее, когда она проводится в экструдере со сверхкритическим CO2, чем при обычном ее проведении», - сказал Робертс.«Это означает более низкую стоимость».
По словам Хана, двухшнековые экструдеры широко распространены на рабочих местах, поэтому эти машины можно перенастроить для использования сверхкритического CO2. Во-первых, исследовательская группа должна определить, как переменные - включая скорость потока полимера; количества CO2, этиленгликоля или метанола; температура; давление СО2; и конфигурация машины - влияют на обработку.
«Насколько нам известно, имеющиеся на рынке машины никогда не использовались для этой цели, но их можно модифицировать для этого процесса», - сказал Робертс. «Часть нашего исследования заключается в настройке существующих машин, чтобы они могли обеспечить оптимальную производительность».