Một nhóm nghiên cứu tại Đại học Northwestern (Mỹ) vừa công bố một quy trình tái chế nhựa hóa học mới đầy hứa hẹn, có khả năng giảm thiểu đáng kể, thậm chí loại bỏ hoàn toàn công đoạn phân loại rác thải nhựa phức tạp và tốn kém. Công trình này đã được đăng tải trên tạp chí Nature vào ngày 2/9.
Điểm đặc biệt của quy trình này nằm ở việc sử dụng organonickel, một chất xúc tác gốc nickel có khả năng phân hủy chọn lọc polyolefin. Polyolefin là một họ nhựa nhiệt dẻo phổ biến, bao gồm polyethylene (PE) và polypropylene (PP). Hai loại nhựa này chiếm gần hai phần ba tổng lượng nhựa được sử dụng trên toàn cầu, có mặt trong các sản phẩm hàng ngày như túi nilon, màng bọc thực phẩm, bình sữa, hộp sữa chua và chai nước sốt.
Theo Yosi Kratish, đồng tác giả nghiên cứu, các sản phẩm làm từ polyolefin thường có vòng đời rất ngắn, chủ yếu được sử dụng một lần. Nếu không có các phương pháp tái chế hiệu quả, chúng sẽ tồn tại hàng thập kỷ tại các bãi chôn lấp và dần phân rã thành các hạt vi nhựa gây hại cho môi trường.
Thực tế cho thấy, tỷ lệ tái chế polyolefin hiện nay còn rất thấp, chỉ dao động từ 1% đến 10% theo một nghiên cứu được công bố trên Nature vào năm 2023. Trong khi đó, ngành công nghiệp nhựa sản xuất hơn 220 triệu tấn sản phẩm từ vật liệu này mỗi năm.
Một trong những thách thức lớn nhất đối với ngành tái chế nhựa là công đoạn phân loại rác thải. Quá trình này đòi hỏi sự tỉ mỉ và chính xác cao, bởi mỗi loại nhựa có tính chất và nhiệt độ nóng chảy khác nhau, do đó không thể tái chế chung với nhau. Hơn nữa, sự lẫn tạp chất như cặn thức ăn, các loại nhựa khác hoặc vật liệu không phải nhựa có thể làm hỏng toàn bộ lô tái chế.
Các công nghệ tái chế hiện tại cũng còn nhiều hạn chế. Phương pháp tái chế cơ học phổ biến, bao gồm cắt vụn, nấu chảy và tạo hạt nhựa, thường cho ra các sản phẩm có chất lượng thấp. Một giải pháp khác là nung nhựa ở nhiệt độ cao (400-700 độ C) để tạo thành hỗn hợp lỏng và khí. Mặc dù sản phẩm tạo ra có giá trị, nhưng các nhà khoa học cho rằng phương pháp này tiêu tốn quá nhiều năng lượng.
Để giải quyết vấn đề này, nhóm nghiên cứu đã đề xuất quy trình thủy phân, sử dụng khí hydro và chất xúc tác gốc nickel (organonickel) để phân hủy nhựa. Chất xúc tác này hoạt động như một “dao mổ chuyên dụng”, tìm và cắt các liên kết giữa các nguyên tố carbon (C-C), phá vỡ cấu trúc bền vững của nhựa. Đồng thời, nó cũng giúp phân hủy chọn lọc nhựa polyolefin ngay cả khi chúng bị trộn lẫn với các loại nhựa khác.
Khi chất xúc tác phân hủy PE và PP, nhựa rắn giá trị thấp sẽ chuyển hóa thành dầu và sáp lỏng, có thể được tái chế thành các sản phẩm có giá trị cao hơn như chất bôi trơn, nhiên liệu và nến. Ngoài khả năng tái sử dụng nhiều lần, chất xúc tác mới này còn có thể phân hủy nhựa bị nhiễm polyvinyl clorua (PVC), một loại vật liệu độc hại thường gây cản trở quá trình tái chế.
PVC là một loại nhựa cứng thường được sử dụng để sản xuất đường ống, sàn nhà và thiết bị y tế. Mặc dù có vẻ ngoài tương tự như các loại nhựa khác, PVC lại kém ổn định hơn khi đun nóng. Trong quá trình phân hủy, PVC giải phóng khí hydro clorua, một chất có tính ăn mòn cao, làm mất hoạt tính của chất xúc tác và gây gián đoạn quá trình tái chế.
Tuy nhiên, quy trình mới của các nhà khoa học từ Đại học Northwestern cho thấy, sự nhiễm PVC lại có thể làm tăng cường hoạt động của chất xúc tác trong quá trình tái chế. Nghiên cứu cho thấy rằng ngay cả khi tỷ lệ trộn lẫn PVC lên đến 25%, quy trình này vẫn cải thiện được hiệu suất.
Thực tế, giải pháp thủy phân đã được nghiên cứu từ trước, nhưng các quy trình trước đây đòi hỏi nhiệt lượng cao và sử dụng các chất xúc tác đắt đỏ như platinum và palladium, hai vật liệu quý thuộc nhóm bạch kim.
Ngược lại, nickel là một kim loại dồi dào, giá rẻ và dễ dàng tìm thấy trên thị trường. Với chất organonickel, áp suất khí hydro cần thiết trong quá trình thủy phân chỉ bằng một nửa so với các chất xúc tác gốc nickel khác. Hơn nữa, lượng hóa chất sử dụng ít hơn 10 lần, trong khi hoạt tính lại cao hơn gấp 10 lần.
Admin
Nguồn: VnExpress
