科学家提高废塑料的可回收性

塑料是令人难以置信的材料，其特性对我们现代世界的运转具有无可估量的价值。它们坚固、灵活、用途广泛、经久耐用且价格低廉。特别是，高密度聚乙烯(HDPE)在包装和容器等一次性应用中无处不在。您可能已经看到它在三角形回收符号内标有数字2。

但是我们生产HDPE的方式和我们目前回收它的方法对我们自己和地球的健康构成威胁。许多HDPE产品由化石燃料(原油、天然气或煤炭)制成，具有巨大的碳足迹。大多数废弃的HDPE没有被重复使用或回收，而是被焚烧、倾倒在垃圾填埋场或随地乱扔。当它被回收时，材料的质量会下降。

美国能源部(DOE)塑料合作升级回收研究所(iCOUP)的科学家开发了一种回收HDPE的新方法。来自美国能源部阿贡国家实验室和康奈尔大学的iCOUP科学家使用一种新颖的催化方法，将废弃的HDPE塑料转化为一种可以反复回收而不会降低质量的新材料。

一篇描述他们工作的论文已发表在《美国化学学会杂志》上。

“塑料将永远与我们同在。它们提供了其他材料无法提供的功能。我们需要找到方法，通过提高可回收性来减少塑料使用的有害影响，”该研究的科学家、阿贡大学的MassimilianoDelferro说。

该团队的新方法将用过的HDPE转化为完全可回收且可生物降解的材料，具有与起始一次性塑料相同的机械和热性能。如果得到广泛采用，这样的方法最终可能有助于减少与HDPE相关的碳排放和污染。

“我们正在使用废塑料作为我们的来源，而不是化石燃料，”该研究的另一位科学家康奈尔大学的杰弗里科茨说。“我们没有钻探石油和污染环境，而是使用了本来会被焚烧或留在垃圾填埋场的东西。”

与其他塑料一样，HDPE由称为聚合物链的长原子链组成。该团队的新方法使用一系列催化剂——或加速化学反应的化学品——将HDPE聚合物链分解成末端包含反应性原子团的较短片段。然后可以将这些部件重新组合或重新聚合，形成新的塑料产品。反应性端基具有使新塑料更容易分解的额外好处，无论是在实验室还是在自然界中。

阿贡团队对用过的HDPE产品(包括水壶和包装)进行了第一轮催化。催化剂随机选择改变聚合物链中的哪些位点以使其具有反应性。科学家们将HDPE与催化剂放在一起的时间越长，链条被激活的次数就越多。

然后，康奈尔团队将这些活化的聚合物链暴露在另一种催化剂中。在此阶段，催化剂会打断链条并进一步改变末端以实现重新组装。

主要挑战是在新材料中重现HDPE的相同材料特性，例如强度和柔韧性与脆性。当催化剂分解HDPE时，重要的是要有足够长的聚合物链像线一样相互结合，使材料对压力更有弹性。

当康奈尔团队最初重新聚合催化材料时，它比起始的HDPE脆得多。然后，他们对催化剂进行微调，以在材料重新聚合时提供可控支化量的方式打断聚合物链。这种支化允许链形成端基，从而增加所得材料中链的平均长度。这种方法产生的材料具有与起始HDPE相同的特性和更高的可回收性。

未来的工作将侧重于评估新材料的生物降解能力，并减少用于催化剂的有价金属的用量，以降低整体回收成本。该团队还希望将他们的策略应用于其他常见塑料。

除了Coates和Delferro，作者还包括来自阿贡大学的AlejandraArroyave和来自康奈尔大学的ShilinCui、AndrewKocen、AnneLaPointe和JaquelineLopez。

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