弗吉尼亚理工大学的研究人员正在探索可能大大提高世界上产量最多的塑料之一的回收率的工艺。

博士候选人 Adam McNeeley 和他的导师、高分子创新研究所成员、校友杰出教授 YA Liu 报告了他们对从聚对苯二甲酸乙二醇酯(通常称为 PET)中去除添加剂、杂质和着色剂的化学回收工艺的研究。

与当前的机械回收工艺相比，该工艺可以回收更大比例的塑料。

该工作发表在《工业与工程化学研究》杂志上。

PET 存在于许多日常用品中，例如纺织品、包装和瓶子。目前的回收主要通过机械工艺完成，仅限于清洁的回收材料，并且主要应用于塑料瓶。塑料瓶仅占其最终用途的 30% 左右，其余 70% 一般不考虑用于商业回收。

(左起)Adam McNeeley 和 YA Liu 分析了他们发表的研究，这些研究可能在回收可持续性的未来具有开创性。图片来源：威尔·托马斯，弗吉尼亚理工大学

“这项研究的重要性在于确定和开发最便宜、最有效的方法来回收 PET，”正在研究化学工程的麦克尼利说，“公众明显希望使用由回收材料制成的产品，但如果回收材料的成本比原始材料高很多，那么人们就不太可能购买回收材料。”

McNeeley 和 Liu 研究了使用乙二醇、甲醇或水生产单体的解聚途径，这些单体可以纯化塑料废物中的添加剂、杂质和着色剂，然后转化回回收的 PET 聚合物。

在他们的研究之前，大多数与 PET 化学解聚相关的工作仅集中在化学方面。但这项研究对 PET 解聚过程的热力学、化学、纯化、废物管理和可持续设计进行了全面评估。

研究团队创建了四个解聚过程的完整模拟模型，量化了质量和能量平衡以及能源需求和二氧化碳排放，为对其解聚感兴趣的工业从业者进一步开发可持续的解聚过程提供了定量基础。

麦克尼利说：“PET 的解聚方法有很多种，其中三种正在积极开发用于商业用途，我们从化学加工的角度展示了这些不同方法的比较。”

他们的工作还提出了研究人员应重点关注的关键领域，以便有意义地推进塑料回收，并使新的回收技术在商业上可行。

“机械回收的最大挑战之一是某些染料和杂质无法去除，”麦克尼利说。 “必须付出大量努力来分类和清洁可机械回收的废 PET。

“将聚合物转化为单体开辟了许多纯化途径，理论上可以回收任何质量的废弃 PET。它还开辟了回收其他 PET 材料的可能性，例如包装和纺织品，这些材料实际上构成了 PET 的大部分最终用途。”

有许多公司积极开发PET化学回收技术，其中之一是伊士曼化学公司。伊士曼在田纳西州金斯波特建造了美国第一座采用甲醇分解的大型解聚装置。

“重要的是，像伊士曼这样的传统化工公司正在研究这项技术。这些公司拥有大量资金来建立大规模流程，并拥有高效可靠地开发和运营流程的专业知识和经验，这使得对于新兴回收技术的生存非常重要，尤其是在动荡的市场条件下，”麦克尼利说。

“这是一项及时、重要、发人深省的研究，”该公司的许可技术经理 Joseph Bays 说。 “我很喜欢节省能源消耗的热集成创新，以及可持续设计研究的其他一些创新功能。”

考虑到 PET 回收的全球背景，McNeeley 表示此类努力应该具有一定的紧迫性。

“塑料目前源自化石燃料原料。塑料价格的波动和化石燃料价格相对较低往往会扼杀塑料回收工作，因为很难赚钱，”他说。

“化石燃料的数量是有限的，随着资源变得更加稀缺，价格最终会上涨。这就是塑料回收工作变得可靠盈利的地方，同时防止塑料在我们过渡到使用非化石燃料衍生原料时变得极其昂贵。 ”