Сортировка пластмасс при помощи флуоресценции
Переработка пластика уже давно стала обыденностью; теперь учёные заняты поиском инновационных и эффективных способов сортировки перерабатываемых пластмасс.
В Мюнхенском университете Людвига-Максимилиана (LMU) исследователи разработали быстрый и лёгкий способ идентификации полимеров и сортировки материалов (например, полиэтилентерефталата и поливинилхлорида) перед утилизацией. В открытом ими методе используется вспышка света, заставляющая подлежащий идентификации материал светиться.
Доктор Хайнц Лангхалс, профессор химии в университете Людвига-Максимилиана, объяснил:
«При воздействии краткой вспышки света пластмассы испускают флуоресцентный свет, со временем это излучение затухает с ярко выраженной текстурой. Продолжительность этой флуоресценции у каждого полимера своя, поэтому она может служить своеобразным “отпечатком пальцев” при идентификации».
После фотовозбуждения динамика затухания отслеживается при помощи фотоэлектрического датчика. Так устанавливается ход распада полимера. Полимеры, используемые при производстве пластмасс, имеют различную продолжительность флуоресценции, следовательно, форма кривой затухания может помочь идентифицировать каждый из них.
«Полимеры представляют интересную основу для организации постоянного процесса переработки технологических материалов. Важнейшее требование к перерабатываемому материалу заключается в том, что он должен быть химически чистым», – сказал Лангхалс.
Чистота отходов предотвращает снижение качества вторичных материалов
В процессе производства готового изделия полимеры обрабатываются – путём плавления при высокой температуре и последующего инжекционного литья. В ходе переработки пластик снова подвергается воздействию высокой температуры, которая может изменить его свойства, если в сырье присутствует другой полимер. В этом случае пластик можно переработать, но качество его изменится. То есть, в процессе переработки материал теряет свои характеристики или функциональность. Конечный продукт может быть использован, но гарантировать его долговечность и прочность нельзя. Полимеры не следует смешивать друг с другом. Даже 5%-ное загрязнение может существенно снизить качество готовой продукции. Вот почему высококачественные пластмассовые изделия всегда сделаны из первичного сырья – вообще без использования переработанных материалов.
Получается, для того чтобы можно было перерабатывать материалы, не допуская при этом падения их качества, необходимо достичь высокой чистоты пластмасс при сортировке.
«Проблема утилизации отходов может быть решена только химически, и разработанная нами технология может внести существенный вклад в защиту окружающей среды, поскольку она делает возможной автоматизацию процесса сортировки», – отметил Хайнц Лангхалс.
Способ с использованием флуоресценции, разработанный командой учёных университета Людвига-Максимилиана, позволяет сортировать до полутора тонн пластика в час. То есть, он уже отвечает обязательным требованиям к процессам, используемым в промышленных масштабах, и его создатели вполне могут получить патент на новую технологию.
Подробности можно найти на страницах журнала Green and Sustainable Chemistry, где учёные описали процесс сортировки технических полимеров Luran® (сополимер стирола с акрилонитрилом производства BASF), Delrin® (полиоксиметилен производства DuPont) и Ultramid® (армированный стекловолокном полиамид производства BASF).
Здесь и сейчас
Сейчас для сортировки пластмасс перед переработкой используется спектроскопия в ближней инфракрасной области. Эта технология подразумевает сканирование пластмассовых отходов на скоростной конвейерной ленте под мощным источником света. Некоторые из волн поглощаются материалами, а некоторые отражаются и перехватываются линзами. Сигнал об идентификации материала линзы передают в определённый клапан, и изделие направляется в соответствующий желобу.
Ручная сортировка по-прежнему является основным способом сортировки пластмасс. И конечно, сохраняется вероятность ошибки, обусловленной человеческим фактором; это всегда приводит к снижению качества вторичных материалов.
Единственный способ спасти заваленную пластиком планету – переработка отходов. Чем быстрее и эффективнее найденные нами способы сортировки материалов, тем лучше. Из вторичных пластмасс создаются поистине удивительные вещи – нити для 3D-печати, флисовая одежда или ковры.
Взгляните на мусор, сброшенный в Тихий океан. Кто знает, может быть, там достаточно пластика для того, чтобы после его переработки построить первый парк развлечений из вторсырья?
