塑料回收用催化剂


  用化学方法可以在较低的温度下回收PET瓶。

  一个扔进回收箱的塑料瓶可能会被捣碎再利用后做成一件毛衫或地毯,它不会变成另一个水瓶,至少目前不会。IBM和斯坦福大学的研究人员正在研发的催化剂使得分解聚对苯二甲酸乙二醇酯,即PET,分解成塑料的化学元素,以便再利用制作瓶子的过程变得经济。该公司正在大规模地测试其PET回收催化剂,以逐渐将它发展适合于工业应用。

  大多数的塑料水瓶都是由PET制成的,任何印有"1"回收标签的东西都是。通常,塑料经过清洗、机械地放到地面上,然后与未使用的PET混合制成一个聚合体,它不适合用来包装,但是可以用来制造副产品,包括衣服和地毯。

  回收PET用的是机械而非化学方法,因为将聚合物分解成化学成分非常昂贵,国家PET包装资源协会(National Association for PET Container Resources)(一个行业组织)的执行理事丹尼斯?萨本润(Dennis Sabourin)说。有两种现有的方法可以实现化学反应,萨本润说,但是它们“需要很强的能源,并且因为成本过高而被舍弃了。”即使使用现有的催化剂用于回收反应,这个过程也必须在高温高压下进行,而且耗时很长。如果新的催化剂能够取得“哪怕一顶点成功,这也将是大新闻,” 萨本润说。

  IBM和斯坦福的研究人员在《大分子》(Macromolecules)杂志上描述了他们如今的工作,他们已经开发了几种新的催化剂,有一种可以用于在75℃下短时间内化学回收PET。PET由两种相对便宜的原料组成,一种是有机酸,另一种是乙二醇。催化剂工作在乙二醇溶液中。当被切碎的水瓶放入乙二醇溶液中,催化剂引起塑料中的有机酸与溶液中的乙二醇反应,以制成PET,与之前制造水瓶的PET质量相当。

  这种新的催化剂是IBM长达十年的研究项目的结果,该项目的目的是研发更好的用作电脑芯片绝缘层的聚合物。传统做法,这些层是用含有金属的催化剂制成的。金属催化剂的活性很高,但是反应一旦完成,很难将它们去除,留下的小杂质可能会干扰芯片的性能。这些金属杂质也可以滤出,在芯片寿终正寝后成为一种环境污染物。“去除催化剂的成本太高,所以我们开始寻求新方法制成聚合物。” 位于加州圣何塞的IBM阿尔马登研发中心首席科学家詹姆斯?赫德里克(James Hedrick)说。

  IBM的研究人员转而研究有机催化剂,它的设计与生物酶类似。

  “有机催化剂历来饱受批评,因为它们的活性低,需要很大的量”才能促成一个反应,赫德里克说。“我们发现了和金属催化剂活性一样高的催化剂家族,”其中一些非常适用于芯片的绝缘材料,另外一些适用于PET。IBM的研究人员与公司里的一个计算化学小组合作,为催化剂的活性建模,并且已经在实验室里试验性地演示了这一点。

  PET回收催化剂是一种叫做碳烯的分子,灵感来自于维生素B1,斯坦福的化学教授罗伯特?韦茅斯(Robert Waymouth)说。斯坦福和IBM的研究人员猜测类似的有机小分子可能善于将酯类串起来制成长聚合物的催化反应。

  IBM的研究人员将与沙特阿拉伯的阿卜杜拉国王科技城(King Abdulaziz City for Science and Technology)合作,大规模地测试化学回收PET。“我们需要知道在实验室里所发现的能不能在大的反应堆里实现。” 韦茅斯说。在初步测试中,他们将重点放在把聚合物分解成组成成分。但是,该公司在使用它的有机催化剂分解PET制成专门材料,比如制作高强度塑料的原料时也获得了很好的结果,这个更有价值,因为用其他途径制造相当昂贵。“从垃圾开始,将它制成更有价值的材料,” IBM阿尔马登的先进材料化学高级经理罗伯特?艾伦(Robert Allen)表示。