Nhờ những tiến bộ khoa học, nhựa có tính bền vững rất cao và đang trở lên thân thiện với môi trường. Nhưng thế giới tiếp tục bị ô nhiễm do nhiều ngành công nghiệp sử dụng nhựa tổng hợp để sản xuất đại đa số những sản phẩm thông dụng.

Trong nghiên cứu gần đây, TS Junpeng Wang, PGS tại Trường Khoa học Polyme và Kỹ thuật Polyme thuộc Đại học Akron (UA) đưa ra giải pháp nhằm giảm thiểu chất thải và hình thành lộ trình khoa học để sử dụng nhựa bền vững trong tương lai đối với các ngành công nghiệp quan trọng như cao su, lốp xe, ô tô và trang thiết bị điện tử.

Mặc dù công trình được UA tài trợ, PGS Wang giành được Giải thưởng CAREER của Quỹ Khoa học Quốc gia, hỗ trợ cho những phát triển tiếp theo từ nghiên cứu này.

Vấn đề được đặt ra: Polyme tổng hợp như cao su và nhựa được sử dụng trong hầu hết mọi hoạt động cuộc sống hàng ngày. Sự thống trị của polymer tổng hợp dựa vào tính ổn định tuyệt vời và những đặc tính cơ học linh hoạt. Nhưng do độ bền phân tử cao, những phế thải của các polymer này tích tụ trong đất và đại dương, gây ra ô nhiễm nghiêm trọng đối với hệ sinh thái.

Một vấn đề quan trọng nữa là hơn 90% những polyme này có nguồn gốc từ các nguồn tài nguyên thiên nhiên hữu hạn hư dầu mỏ và than đá, trong tương lai sản xuất loại vật liệu này không bền vững nếu không thể tái chế và tái sử dụng.

Một giải pháp đầy hứa hẹn để giải quyết những thách thức về tính bền vững của nhựa là thay thế các polymer hiện tại bằng những polymer có thể tái chế để đạt được mục đích sử dụng vật liệu theo phương thức xoay vòng. Mặc dù có những tiến bộ vượt bậc, rất ít polymer có thể tái chế mà vẫn giữ được những tính chất ổn định nhiệt tuyệt vời và các đặc tính cơ học hiệu suất cao của polymer truyền thống.

Loại vật liệu có thể tái chế mà nhóm nhà khoa học của PGS Wang phát triển độc đáo do vẫn sở hưu tính ổn định nhiệt vượt trội và những đặc tính cơ học linh hoạt. Bản báo cáo công trình nghiên cứu, "Các polymer có thể tái chế hóa học dựa trên cơ sở tổng hợp Olefin, được kích hoạt bởi các monomer vòng hợp nhất" được xuất bản trên tạp chí Nature Chemistry.

Wang nói: “Chúng tôi đặc biệt quan tâm đến những polymer tái chế hóa học. Những polymer này có thể được chia nhỏ thành những thành phần (monomer), tạo ra dòng nhựa tổng hợp này. "Những monomer tái chế được sử dụng lại sản xuất polymer, cho phép quay vòng vật liệu, không chỉ bảo tồn nguồn tài nguyên thiên nhiên hữu hạn được sử dụng trong sản xuất nhựa mà còn giải quyết vấn đề tích tụ rác thải nhựa không mong muốn cuối vòng đời."

Vấn đề then chốt trong thiết kế polymer có thể tái chế về mặt hóa học là xác định đúng monomer. Thông qua tính toán và thử nghiệm, các nhà nghiên cứu xác định được một monomer mục tiêu. Sau đó, nhóm nhà khoa học điều chế monomer, chế tạo polymer bằng phương pháp tổng hợp hóa học, sử dụng rất nhiều những nguyên liệu có sẵn ban đầu.

Giải pháp điều chế monomer, chế tạo các polymer tái chế hóa học để sản xuất vật liệu nhựa tổng hợp.

Nhóm nghiên cứu của PGS Wang, gồm các nghiên cứu sinh khoa học polymer và nghiên cứu sinh sau tiến sỹ đang nỗ lực giải quyết những thách thức đó bằng giải pháp phát triển những polymer, có thể được chia nhỏ thành các cấu phần. Khi các chất xúc tác khử trùng hợp không có hoặc bị loại bỏ, những polymer này sẽ có độ ổn định cao, những tính chất nhiệt và cơ học của polymer có thể được điều chỉnh để đáp ứng nhu cầu các ứng dụng khác nhau.

PGS Wang cho biết: “Những polymer có thể tái chế hóa học mà chúng tôi phát triển cho thấy tính ổn định nhiệt tuyệt vời với những đặc tính cơ học mạnh mẽ, có thể được sử dụng để chế tạo cả cao su và nhựa. Chúng tôi kỳ vọng vật liệu này sẽ là một ứng viên hấp dẫn thay thế các polyme hiện tại. Thiết kế phân tử được phát triển từ những tính toán, tích hợp từ chương trình máy tính và những thử nghiệm thực tế. So với các polymer có thể tái chế khác, những polymer mới của chúng tôi có tính ổn định cao hơn và những đặc tính cơ học linh hoạt hơn. Khi thêm chất xúc tác, polymer phân hủy thành monomer cấu phần để tái chế. "

Nhiệm vụ tiếp theo của nhóm nghiên cứu của PGS Wang là mở rộng phạm vi nghiên cứu những polymer có thể tái chế hóa học, phát triển những vật liệu tổng hợp polymer gia cố bằng sợi nanocarbon. Nhóm cũng phân tích hiệu quả kinh tế quy trình công nghiệp và vòng đời khai thác sử dụng để thương mại hóa polymer tái chế hóa học.

 Nguồn: KH&ĐS

Trịnh Thái Bằng