一支由弗吉尼亚理工大学研究人员领导的团队开发了一种新方法，可以将塑料升级为高价值的化学物质，即表面活性剂，用于制造肥皂、洗涤剂等。这项研究发表在《科学》杂志上。
在质地、外观，以及最重要的是，它们的使用方法方面，塑料和肥皂往往没有什么共同之处。但在分子水平上，这两者之间有着惊人的联系:聚乙烯——当今世界上最常用的塑料之一——的化学结构与一种脂肪酸惊人地相似，而脂肪酸被用作肥皂的化学前体。这两种物质都是由长碳链构成的，但脂肪酸在链的末端有一个额外的原子群。
长期以来，弗吉尼亚理工学院的化学副教授刘国良一直认为，这种相似性意味着，将聚乙烯转化为脂肪酸是可能的——在这个过程中，只需要几个额外的步骤——就可以生产肥皂。挑战在于如何将长聚乙烯链断裂成许多短链，但不能太短，以及如何有效地做到这一点。刘认为，有可能出现一种新的升级回收方法，可以将低价值的塑料垃圾转化为高价值、有用的商品。
考虑这个问题一段时间后，刘先生在一个冬天的晚上坐在壁炉旁享受着，突然有了灵感。他看着烟从火中升起，想着烟是如何由木头燃烧时产生的微小颗粒组成的。尽管出于安全和环境的考虑，塑料永远不应该在壁炉里燃烧，但刘开始思考，如果聚乙烯可以在安全的实验室环境中燃烧，会发生什么。
聚乙烯不完全燃烧会像燃烧木头一样产生“烟雾”吗?如果有人捕捉到烟雾，它是由什么制成的?
“木柴主要由纤维素等聚合物制成。柴火的燃烧将这些聚合物分解成短链，然后在完全氧化成二氧化碳之前变成小的气体分子，”刘说，他是化学系布莱克伍德生命科学青年教师奖学金的获得者。“如果我们同样分解合成聚乙烯分子，但在它们分解成小的气体分子之前停止这个过程，那么我们应该得到短链的聚乙烯类分子。”
在徐甄和Eric Munyaneza的帮助下，刘的实验室里的两个化学博士生，刘建造了一个小型的，类似烤箱的反应器，在那里他们可以加热聚乙烯，这一过程被称为温度梯度热裂解。
在底部，烤箱处于足够高的温度以破坏聚合物链，而在顶部，烤箱冷却到足够低的温度以阻止任何进一步的分解。在热分解之后，他们收集了残留物——类似于从烟囱中清理烟灰——并发现刘的预感是正确的:它是由“短链聚乙烯”组成的，或者更准确地说，是蜡。
刘说，这是开发将塑料改造成肥皂的方法的第一步。在添加了包括皂化在内的几个步骤后，该团队制作了世界上第一个塑料肥皂。为了继续这个过程，该团队寻求了计算模型、经济分析等方面专家的帮助。
其中一些专家是通过与弗吉尼亚理工大学(Virginia Tech)大分子创新研究所(Macromolecules Innovation Institute)的联系被介绍给该团队的。该团队一起记录并完善了升级回收过程，直到准备好与科学界分享。
“我们的研究展示了一条塑料升级回收的新途径，无需使用新型催化剂或复杂的程序。在这项工作中，我们已经展示了塑料回收的串联策略的潜力，”论文的第一作者徐说。“这将启发人们在未来开发出更有创意的升级回收程序设计。”
虽然这个项目的灵感来自聚乙烯，但升级回收方法也适用于另一种塑料，即聚丙烯。这两种材料构成了消费者每天遇到的大部分塑料，从产品包装到食品容器再到织物。刘的新升级回收方法的一个令人兴奋的特点是，它可以同时用于这两种塑料，这意味着不需要将两者分开。这是目前使用的一些回收方法的主要优势，这些方法需要仔细分类塑料以避免污染。这种分类过程非常困难，因为这两种塑料彼此非常相似。
升级回收技术的另一个好处是它的要求非常简单:塑料和热量。虽然这个过程的后期需要一些额外的成分来将蜡分子转化为脂肪酸和肥皂，但塑料的最初转化是一个简单的反应。这有助于该方法的成本效益以及相对较小的环境影响。
为了使升级回收大规模有效，最终产品必须有足够的价值来支付过程的成本，并使其更加环保在经济上比其他回收方案更有吸引力。
虽然肥皂最初看起来不是特别昂贵的商品，但按重量比较，它们的价值实际上是塑料价格的两倍或三倍。目前，肥皂和洗涤剂的平均价格约为每公吨3,550美元，聚乙烯的平均价格约为每公吨1,150美元。此外，对肥皂和相关产品的需求与对塑料的需求相当。
刘说，这项研究为通过将废旧塑料转化为其他有用材料的生产来减少浪费的新方法奠定了基础。随着时间的推移，他希望世界各地的回收设施都能开始实施这项技术。如果是这样，那么消费者可以期待有一天有机会购买革命性的可持续肥皂产品，这也会减少垃圾填埋场的塑料垃圾。
出于这个原因，把塑料变成肥皂在经济上是可行的，刘补充说，他也是纳米科学项目的附属教员，该项目是弗吉尼亚理工大学工程学院综合科学院和材料科学与工程系的一部分。
“应该认识到，塑料污染是一个全球性的挑战，而不是少数主流国家的问题。与复杂的工艺和复杂的催化剂或试剂相比，世界上许多其他国家可能更容易获得简单的工艺。”“我希望这能成为打击塑料污染战争的一个良好开端。”
来自化学工程系的研究人员也参与了这个项目和最终的研究论文。
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希望本篇文章《科学家创新技术将塑料废料转化为肥皂》能对你有所帮助！
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