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纸尿裤变便利贴:用化学解决废物回收问题

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科技工作者之家 2021-07-29 09:54
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纸尿裤中的高分子吸水聚合物非常难以降解,对环境造成了巨大压力。

全世界每年都有350万吨使用过的纸尿裤被扔进垃圾填埋场。纸尿裤中的高吸水材料主要是聚丙烯酸类聚合物,它在受潮后会膨胀。近日,美国密歇根大学的研究人员开发出了一种技术,能够解开这类吸水性聚合物的长链,并将其回收成便利贴和胶黏剂。相关论文于当地时间7月26日刊登在《自然通讯》杂志中。

聚合物的回收方法主要分为机械回收和化学回收。论文作者、密歇根大学化学与高分子科学和工程教授AnneMcNeil说:“机械回收是大多数人都能想到的回收方式,但它会降低产品质量,因为不同公司生产的聚合物产品的构造是不同的,聚合物可能有不同的链段长度或者包含不同类型的添加剂。我们的团队这次专注于化学回收方法,即利用化学转化制造增值材料。”

聚合物的韧性是回收工作的“拦路虎”,稳定的化学键使聚合物难以分解。McNeil团队与宝洁公司合作开发了一种三步法,将高吸水性聚合物转化为黏合剂。研究人员TakundaChazovachii说:“高吸水性聚合物和黏合剂都是丙烯酸的衍生产品,这种共同的起源启发了我们的回收技术。”

高吸水性材料中的聚合物很像一张松散的渔网。在聚合物结构中,每2000个单元就存在一个交联点,使其形成不可溶解的网络结构。为了回收这类材料,研究人员需要找到将网状聚合物解离成水溶性链段的方法。Chazovachii发现,在酸(或碱)性条件下加热聚合物,可以使交联结构发生断裂。

接下来,研究人员需要缩短聚合物的链段长度,以生产出不同类型的黏合剂。Chazovachii等证实,超声波技术能够在不改变化学性质的前提下,切碎聚合物链段。他说:“这是一种温和、简单的机械过程。它既破坏了聚合物结构,又保留了基团完整性,使其能够进行其他反应。”最后,Chazovachii将聚合物链段上的酸基转化为酯基,从而将聚合物的水溶性转变为有机可溶性,并使其具备类似黏合剂的黏性。这样处理的“附赠”优点在于,反应中使用的试剂能够回收并再利用。

研究人员将新方法与制造胶黏剂的传统方法进行了比较,发现化学回收法能够降低22%的全球变暖风险,并节约25%的能耗。值得注意的是,化学回收过程还能够杀死所有细菌。McNeil希望从事小分子反应的合成化学家能够将注意力转向聚合物。她说:“我希望更多的同行能够认真考虑这个问题,因为全球面临的聚合物问题已经非常严峻。”

科界原创

编译:雷鑫宇 审稿:西莫 责编:陈之涵

期刊来源:《自然通讯》

期刊编号:2041-1723

原文链接:https://phys.org/news/2021-07-diapers-sticky-chemical-recycling-millions.html

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