娛樂城|轉變為化學可回收塑料的途徑

隨著地球上橡膠和塑料負擔的增加不減,科學家們期待著閉環回收減少垃圾的希望。 Chirik實驗室的研究人員已經發現了一種潛在的改變遊戲規則的新分子,這種分子是由一個多世紀以來已知的材料製成的,用於製造輪胎和鞋底等常見產品,這對於通過解聚實現這一諾言具有重大意義。 Nature Chemistry稱,在聚合過程中,名為(1,n’-二乙烯基)低聚環丁烷的分子以重複的正方形順序束縛,這是一種以前未實現的微觀結構,可以使該過程在某些條件下向後或解聚。換句話說,它可以被“壓縮”以製造新的聚合物。然後可以將該聚合物解壓縮到原始單體中以再次使用。 

這種分子-在奇里克實驗室周圍被隨意稱為“方塊聚合物”-有一天可以使塑料產品的使用次數超過一遍,這與當今大多數只能回收一次的塑料不同。如果有的話。 

“我真的認為這項工作是我實驗室有史以來最重要的事情之一,”愛德華茲·桑福德(Edwards S. Sanford)化學教授保羅·奇里克(Paul Chirik)說。

合作者Alex Carpenter簡單地稱其為“變革性”。

該研究仍處於早期階段,材料的性能屬性尚未得到充分探索。但是在奇里克(Chirik)的領導下,實驗室為化學轉化提供了概念上的先例,而這種化學轉化通常對於某些商品材料不可行。 

過去,解聚是通過昂貴的專用聚合物完成的,而且僅需經過多個步驟,但從來沒有採用像這種原料一樣普遍的原料進行解聚。該分子存在於一種叫做聚丁二烯的材料中,這種材料已有一百多年的歷史了,可用於製造橡膠和塑料產品。丁二烯是其母體,是一種豐富的有機化合物,是化石燃料開發的主要副產品。 

“要採用人們已經研究和聚合數十年的一種真正通用的化學物質,並從中製造出一種全新的材料-更不用說該材料具有有趣的先天特性了-不僅是意料之外的,而且確實向前邁出了一大步。您並不一定希望那棵樹上還會有果實。”研究合作者,埃克森美孚化工前化學工程師卡彭特說。 

“對我們而言,這次合作的重點是通過關注保羅發現的具有相當大變革性的一些新分子,來開發有益於社會的新材料,”卡彭特補充說。 “人類擅長製造丁二烯。當您可以找到該分子的其他有用應用時,這非常好,因為我們有很多它。”

鐵催化 

Chirik實驗室通過研究使用鐵(另一種豐富的天然材料)作為合成新分子的催化劑來探索可持續化學。在這項特殊的研究中,鐵催化劑使單體相互點擊以生成低聚環丁烷。通常,束縛以S形結構發生,通常被描述為看起來像意大利麵條。但是使用低聚環丁烷時,這些單體在正方形鏈中一起單擊。

為了引起解聚,在鐵催化劑的存在下將低聚環丁烷暴露於真空,這使該過程逆轉並回收了單體。 Chirik實驗室在本週發表的論文將其識別為閉環化學循環的罕見例子。

這種材料還具有令人著迷的特性,Chirik實驗室的博士後研究員Megan Mohadjer Beromi以及埃克森美孚公司聚合物研究中心的化學家都對它進行了表徵。例如,它是遙控的,這意味著該鏈的兩端均已功能化。此屬性可以使其本身用作構建基塊,充當聚合物鏈中其他分子之間的橋樑。此外,它是熱穩定的,這意味著它可以加熱到250攝氏度以上而不會迅速分解。 

最後,即使在低分子量為1,000克/摩爾(g / mol)的情況下,它也表現出高結晶度。這可能表明理想的物理性能– l娛樂城推薦ike的結晶度和材料強度–可以以比通常設想的低的重量實現。例如,在普通塑料購物袋中使用的聚乙烯的分子量為500,000g / mol。 

Chirik說:“我們在論文中展示的一件事是,您可以用這種單體製造出真正堅硬的材料。” “聚合物和單體之間的能量可以接近,並且可以來回移動,但這並不意味著聚合物必須很弱。聚合物本身很堅固。 

人們傾向於認為,當您擁有一種可化學回收的聚合物時,它必然會固有地脆弱或不耐用。我們製作了非常非常堅固但又可以化學回收的材料。我們可以從中得到純單體。這讓我感到驚訝。尚未優化。但它在那裡。化學物質很乾淨。”娛樂城推薦 

挖出乙烯

該項目可以追溯到2017年,當時Chirik實驗室的一名博士後C. Rose Kennedy注意到反應期間燒瓶底部積聚了粘性液體。肯尼迪說,她期望會形成某種波動,因此結果激發了她的好奇心。深入研究反應,她發現低聚物(或低分子量的非揮發性產物)的分佈表明已經發生了聚合反應。 

“知道了我們已經知道的機制後,馬上就很清楚如何以不同或連續的方式將它們一起單擊。我們立即意識到這可能是非常有價值的東西,”羅切斯特大學化學系助理教授肯尼迪說。 

在那個早期,肯尼迪正在束縛丁二烯和乙烯。 Mohadjer Beromi後來推測,可以完全去除乙烯,而僅在高溫下使用純淨的丁二烯。莫哈傑·貝羅米(Mohadjer Beromi)將四碳丁二烯“加入”到鐵催化劑中,得到了新的正方形聚合物。 

Mohadjer Beromi說:“我們知道圖案具有化學回收的傾向。” “但是我認為鐵催化劑的一個新的且真正有趣的特徵是它可以在兩個二烯之間進行[2 + 2]環加成反應,而這實際上就是這種反應:這是一個環加成反應,將兩個烯烴連接在一起一遍又一遍地製作一個正方形分子。

“這是我一生中做過的最酷的事情。” 

為了進一步表徵低聚環丁烷並了解其性能,該分子需要在具有新材料專業知識的大型設施中進行縮放和研究。 

“你怎麼知道你做了什麼?”奇里克問。 “我們使用了Frick此處提供的一些常規工具。但是真正重要的是這種材料的物理性質,最終是鏈的外觀。”

為此,Chirik去年前往得克薩斯州貝敦,向埃克森美孚公司介紹了實驗室的發現,埃克森美孚公司決定支持這項工作。來自Baytown的一支由科學家組成的綜合團隊參與了計算建模,X射線散射工作以驗證結構,並進行了其他表徵研究。 

回收101

化學工業使用少量構件來製造大多數商品塑料和橡膠。三個這樣的例子是乙烯,丙烯和丁二烯。回收這些材料的一個主要挑戰是,通常需要將它們組合在一起,然後再與其他添加劑一起製成塑料和橡膠:添加劑可以提供我們想要的性能-例如牙膏蓋的硬度或牙膏的輕度。購物袋。這些“成分”都必須在回收過程中再次分離。

但是,分離所涉及的化學步驟以及實現分離所需要的能量輸入,使得回收變得非常昂貴,尤其是對於普通的消費品。塑料便宜,輕巧且方便,但在設計時並沒有考慮到處置問題。 Chirik說,這是它的主要問題。

作為一種可能的替代方法,Chirik研究表明,丁二烯聚合物在能量上幾乎等於單體,這使其成為閉環化學循環的候選者。 

化學家把生產親娛樂城推薦從原材料到將巨石滾到山丘上的風管,以山峰為過渡狀態。從該狀態開始,您將巨石從另一側滾下來,最終得到一個產品。但是,對於大多數塑料而言,將巨石向後滾到山上以回收其原始單體的能量和成本令人吃驚,因此是不現實的。因此,大多數塑料袋和橡膠製品以及汽車保險槓最終都被填埋。 

肯尼迪說:“關於將一個單元的丁二烯連接到另一個單元上的反應,有趣的是,’目標’的能量僅比起始原料略低。” “這就是使我們有可能朝另一個方向前進的原因。”

Chirik說,在下一階段的研究中,他的實驗室將專注於鏈結,此時化學家平均僅能獲得17個單元。在這樣的鍊長下,材料成為娛樂城評價結晶,不溶,從反應混合物中掉出來。 

Chirik說:“我們必須學習如何處理。” “我們受到自身實力的限制。我希望分子量更高。”

儘管如此,研究人員對低聚環丁烷的前景感到興奮,併計劃在這種持續合作的可化學回收材料研究中進行許多研究。 

卡彭特說:“如今,我們擁有的當前材料集無法為要解決的所有問題提供適當的解決方案。” “我們的信念是,如果您擁有出色的科學知識,並且在同行評審期刊上發表文章,並且與Paul這樣的世界一流科學家合作,那麼這將使我們的公司能夠以建設性的方式解決重要問題。 

他補充說:“這是關於了解非常酷的化學反應,並試圖將其做得更好。”參考文獻Mohadjer Beromi M,Kennedy CR,Younker JM等人。鐵催化的遠螯1,3鏈狀低聚環丁烷的合成和化學回收。 自然化學在線發佈於2021:1-7年1月25日。 doi:10.1038 / s41557-020-00614-w

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