Trang Scitech Daily đưa tin, các nhà nghiên cứu Nhật Bản đã phát minh một quy trình hóa học mới, cho phép phân tách polymer tổng hợp polyester, bao gồm cả nhựa PET làm chai nhựa, thành morpholine amide, khối xây dựng linh hoạt và có giá trị để tổng hợp nhiều loại hợp chất quan trọng trong công nghiệp và dân dụng.

Báo cáo nghiên cứu khoa học được công bố trên tạp chí ACS Organic & Inorganic Au

Phản ứng hóa học phân tách rác thải nhựa có năng suất cao, không lãng phí năng lượng, không sử dụng hóa chất độc hại và dễ dàng mở rộng thành quy mô công nghiệp. Quy trình phản ứng hóa học của nhóm nghiên cứu đã phá vỡ thành công quy trình tái chế chất thải nhựa vòng tròn khép kín có chi phí cao và gây ô nhiễm môi trường, cho phép tái chế với giá thành hợp lý thành các sản phẩm có giá trị hơn.

Tái chế truyền thống và Tái chế nâng cao

Tái chế đóng một vai trò vô cùng quan trọng trong cuộc chiến chống rác thải nhựa toàn cầu. Nhưng với chi phí nào? Ví dụ, quy trình tái chế nhựa polymer tổng hợp polyester, bao gồm nhựa bền vững polyethylene terephthalate (PET) trong chai nhựa thông dụng, thường phải sử dụng nhiều năng lượng để tạo ra các phản ứng hóa học cần thiết ở nhiệt độ cao hoặc trong điều kiện kiềm mạnh thường tạo ra các sản phẩm phụ là chất thải hóa học.

Cuối cùng, kết quả của quy trình là thu được những hợp chất trung gian, được sử dụng để chế tạo những sản phẩm tương tự như các vật phẩm nhựa thải loại. Quy trình vòng tròn tái chế khép kín này không chỉ gây lãng phí nặng nề mà còn hoàn toàn không khả thi về kinh tế.

Để phá vỡ vòng tròn khép kín này, các nhà khoa học đang nỗ lực tìm kiếm những phương pháp phù hợp và có chi phí thấp hơn, cho phép tạo ra những hợp chất từ ​​rác thải nhựa có giá trị gia tăng và mang lại lợi ích cao hơn cho xã hội. Một phương pháp “vòng tái chế mở” nhựa polyester có ý nghĩa thực tế quan trọng trong những chiến lược tái chế rác thải nhựa, giúp thế giới chuyển đổi sang một xã hội xanh hơn.

Đột phá trong chuyển đổi hóa học nhựa polyester

Trong một nghiên cứu gần đây, nhóm nhà khoa học do PGS Yohei Ogiwara và GS Kotohiro Nomura thuộc Đại học Tokyo Metropolitan dẫn đầu đã phát minh một phương pháp gần như không lãng phí chuyển đổi polyester thành khối xây dựng linh hoạt có thể tổng hợp thành nhiều hợp chất hóa học có giá trị. Nhóm nghiên cứu sử dụng một dung môi rẻ tiền, được gọi là morpholine và một lượng nhỏ chất xúc tác gốc titan chuyển hóa polyester thành amit morpholine.

Nhựa polymer tổng hợp này không chỉ có thể được chuyển đổi thành những hợp chất trung gian để tạo ra nhiều phân tử polyester hơn trong quá trình tái chế mà còn có thể dễ dàng phản ứng với các chất khác để tạo ra xeton, aldehyd và amin, tất cả những họ hóa chất quan trọng, được sử dụng để chế tạo ra vô số các loại hóa chất khác và hợp chất hữu cơ có giá trị cao hơn sau tái chế.

Quy trình tái chế mới không yêu cầu thuốc thử đắt tiền hoặc điều kiện khắc nghiệt và hầu như không có chất thải hóa học. Hiệu suất rất cao và mọi dung môi không phản ứng đều có thể được thu lại dễ dàng.

Nhóm nghiên cứu cũng phát hiện được, chỉ cần một lượng nhỏ chất xúc tác để thúc đẩy phản ứng ở tốc độ hợp lý, đồng thời tất cả những gì cần thiết để tách sản phẩm là quá trình lọc đơn giản.

Một đặc điểm có ý nghĩa lớn nhất trong quá trình tái chế mà nhóm nghiên cứu nhấn mạnh là phản ứng chính diễn ra ở áp suất bình thường, nghĩa là không cần bình chứa hoặc thiết bị lò phản ứng đặc biệt. Lợi thế này khiến phản ứng có thể được mở rộng ở quy mô công nghiệp dễ dàng và có thể thực hiện ngay cả trong phòng thí nghiệm ở nhiết độ phòng.

Quy trình hóa học mới chuyển hóa polyester thành amit morpholine, sử dụng morpholine dung môi và chất xúc tác gốc titan. Ảnh: Đại học Tokyo Metropolitan

Các nhà khoa học Nhật Bản đã chứng minh đặc điểm này bằng cách lấy 50g vật liệu PET lấy từ chai nước giải khát bằng nhựa PET thực tế, cho nhựa phản ứng với morpholine và thu được hơn 70 gam morpholine amit, hiệu suất đạt 90%.

Ý nghĩa và tiềm năng trong tương lai

Hiện nay, vấn đề rác thải nhựa toàn cầu ngày càng trở nên gay gắt, cần có những chiến lược mới mạnh mẽ hơn để xử lý và tái chế thành các sản phẩm nhựa cho xã hội mà không phải sản xuất nguyên liệu nhựa mới. Kết quả của nghiên cứu đã cung cấp một phương pháp tái chế mới chi phí thấp, không lãng phí, thân thiện môi trường.

Với những ưu điểm trên, phương pháp tái chế nhựa polymer tổng hợp của nhóm nhà khoa học Nhật Bản có thể sớm được ứng dụng để chuyển hóa rác thải polyester thành những hợp chất có giá trị cao, đáp ứng nhu cầu của một xã hội phát triển bền vững.