Nouvelles Technologies: Transformation Des Déchets Plastiques En Détergents Savonneux, Etc.

Des chercheurs de Virginia Tech ont mis au point une nouvelle technologie qui recycle les plastiques pour en faire des produits chimiques précieux, des tensioactifs, utilisés dans la fabrication de savons, de détergents, etc.Le plastique et le savon ont souvent peu en commun en termes de texture, d'apparence et, surtout, de la façon dont ils sont utilisés.Mais au niveau moléculaire, il existe un lien étonnant entre les deux:Le polyéthylène est l'un des plastiques les plus utilisés dans le monde aujourd'hui et sa structure chimique est extrêmement similaire à celle des acides gras utilisés comme précurseurs chimiques du savon.Les deux matériaux sont constitués de longues chaînes de carbone, mais les acides gras ont un atome de plus à la fin de la chaîne de carbone.

Liu Guoliang, professeur agrégé de chimie à la Virginia Tech School of Technology, a longtemps soutenu que cette similitude signifiait qu'il était possible de convertir le polyéthylène en acides gras et de produire du savon en ajoutant quelques étapes.Les défis actuels sont de savoir comment décomposer une longue chaîne de polyéthylène en de nombreuses chaînes courtes, mais pas trop courtes, et comment faire le processus efficacement.Liu croit qu'il y a un potentiel pour une nouvelle approche de rénovation améliorée qui pourrait transformer les déchets plastiques de faible valeur en biens utiles de grande valeur.

Liu Guoliang tient une bouilloire ordinaire dans son laboratoire à South Hahn Hall.Crédit photo: Steven Mackay, Virginia Tech.

Après avoir réfléchi à cette question pendant un certain temps, Liu Guoliang s'est soudainement inspiré en profitant du feu près de la cheminée une nuit d'hiver.Il regarda la fumée qui s'élevait du feu et pensa qu'elle était composée de minuscules particules produites par la combustion du bois.

Alors que le plastique ne doit jamais être brûlé dans une cheminée pour des raisons de sécurité et de protection de l'environnement, Liu a commencé à réfléchir à ce qui se passerait si le polyéthylène pouvait être brûlé dans un environnement de laboratoire sûr.La combustion incomplète du polyéthylène crée - t - elle de la « fumée » comme la combustion du bois?Si quelqu'un peut attraper cette fumée, de quoi est - elle faite?

« Les principaux composants du bois de chauffage sont des polymères tels que la cellulose. Le bois de chauffage, lorsqu’il est brûlé, décompose ces polymères en chaînes courtes, qui deviennent ensuite de petites molécules gazeuses avant de s’oxyder complètement en dioxyde de carbone », a déclaré Liu, lauréat de la bourse Blackwood pour les jeunes enseignants en sciences de la vie du Département de chimie.« si nous décomposons également les molécules synthétiques de polyéthylène, mais arrêtons le processus avant qu’elles ne se décomposent complètement en petites molécules gazeuses, alors nous devrions obtenir des molécules à chaîne courte qui ressemblent au polyéthylène. »

Avec l'aide de Xu Zhen (translittération) et Eric munianeza (translittération), deux étudiants au doctorat en chimie dans le laboratoire du Dr Liu, le Dr Liu a construit un petit réacteur semblable à un four dans lequel ils peuvent chauffer le polyéthylène par un processus appelé pyrolyse à gradient de température.En bas, le four est à une température suffisamment élevée pour détruire la chaîne de polymère, tandis qu'en haut, il est refroidi à une température suffisamment basse pour empêcher toute destruction supplémentaire.Après la fin de la pyrolyse, ils ont recueilli des résidus – similaires au nettoyage des cendres d’une cheminée – et ont constaté que la Prémonition de Liu était correcte: les résidus étaient composés de « polyéthylène à chaîne courte», plus précisément de cire.

On chauffe dans un bain d'huile un flacon contenant une cire produite à partir de polyéthylène et de polypropylène mis au rebut, la cire produisant des acides gras par oxydation catalytique sous l'action d'un courant gazeux.Crédit photo: Steven Mackay, Virginia TechPour la figure.

C'est la première étape dans le développement d'une méthode de recyclage améliorée pour les savons en plastique.Après avoir ajouté plusieurs étapes telles que la saponification, l'équipe a fabriqué le premier savon au monde en plastique.Pour poursuivre ce processus, l'équipe a sollicité l'aide d'experts en modélisation informatique, en analyse économique, etc.

Grâce à un lien avec l'Institut d'innovation macromoléculaire de Virginia Tech, l'équipe a rencontré certains de ces experts.Ensemble, ils ont documenté et affiné le processus de recyclage amélioré jusqu'à ce qu'il puisse être partagé avec la communauté scientifique.Ces travaux ont récemment été publiés dans la revue Science.

« notre étude montre une nouvelle voie de recyclage des plastiques améliorés sans utiliser de nouveaux catalyseurs ou de procédures complexes. Dans ce travail, nous montrons le potentiel des stratégies en tandem pour la récupération des plastiques », a déclaré Xu, premier auteur de l’article.« Cela permettra aux gens de développer des conceptions plus créatives de programmes de recyclage améliorés à l’avenir. »

Bien que le polyéthylène soit le plastique qui a inspiré ce projet, cette méthode de reconstitution améliorée peut également être utilisée pour un autre plastique, le polypropylène.Des emballages de produits aux contenants alimentaires en passant par les tissus, ces deux matériaux constituent la majeure partie du plastique auquel les consommateurs sont exposés quotidiennement.Une caractéristique intéressante de la nouvelle méthode de reconstruction améliorée de Liu Guoliang est qu'elle peut être utilisée pour les deux plastiques en même temps, ce qui signifie qu'il n'est pas nécessaire de séparer les deux plastiques.C'est un avantage majeur par rapport à certaines méthodes de recyclage actuellement utilisées, car ces dernières nécessitent un tri minutieux des plastiques pour éviter la pollution.Étant donné que les deux plastiques sont très similaires, le processus de classification est assez difficile.

(de gauche à droite) Eric munyaneza etLiu Guoliang prépare la modernisation des matériaux plastiques en liquides d'acides gras dans son laboratoire de South Hahn Hall.Munyaneza est également l'un des auteurs de l'étude dans la revue Science.Crédit photo: Steven, Virginia Tech UniversityMackay pour la photo.

Un autre avantage de la mise à niveau de la technologie de recyclage est que ses exigences sont très simples: plastique et chaleur.Alors que les étapes ultérieures du processus nécessitent quelques ingrédients supplémentaires pour convertir les molécules de cire en acides gras et en savon, la transformation initiale du plastique est une réaction directe.Par conséquent, cette approche est non seulement rentable, mais a également un impact relativement faible sur l'environnement.

Pour que la rénovation soit efficace à grande échelle, le produit final doit avoir une valeur suffisante pour couvrir les coûts du processus, ce qui le rend économiquement plus attrayant que les autres options de recyclage.

Bien que le savon ne semble pas être un produit particulièrement coûteux au départ, il vaut en fait deux ou trois fois plus que le plastique par rapport au poids.Actuellement, le prix moyen des savons et des détergents est d'environ 3550 par tonne métrique.En dollars américains, alors que le polyéthylène coûte environ 1150 dollars la tonne métrique.En outre, la demande de savon et de produits connexes est comparable à celle des plastiques.

L'étude jette les bases de nouvelles façons de réduire les déchets en utilisant les déchets plastiques pour produire d'autres matériaux utiles, a déclaré Liu.Avec le temps, il espère que les installations de recyclage du monde entier commenceront à adopter cette technologie.À ce moment - là, les consommateurs auront la possibilité d'acheter des produits de savon révolutionnaires et durables, réduisant ainsi les déchets plastiques dans les décharges.Pour cette raison, il est économiquement viable de transformer le plastique en savon, et il est également un membre affilié du corps professoral du projet Nanoscience, affilié à l'École des sciences intégratives de l'École des sciences et au Département de science des matériaux et d'ingénierie de l'École d'ingénierie de Virginia Tech.

« Il convient de reconnaître que la pollution plastique est un défi mondial et non un problème dans plusieurs pays traditionnels. Les processus simples peuvent être plus acceptables pour de nombreux autres pays du monde que les processus complexes et les catalyseurs ou réactifs complexes », a déclaré Xu.« j’espère que cela peut être un bon début dans la guerre contre la pollution plastique.