ИННОВАЦИИ
Растворить поликарбонат Новый процесс химической переработки разрушает поликарбонат за 20 минут при комнатной температуре
46
Март 2022 The Chemical Journal
ИННОВАЦИИ
Анастасия Помешкина
П
оликарбонаты играют важную роль в строительстве, машиностроении, многих других отраслях. Поэтому отказ от них невозможен и стоит проблема эффективной переработки отходов из этого полимера. Исследователи из Университета Бата в Великобритании разработали быстрый процесс химической переработки, который разрушает поликарбонаты в течение 20 минут при комнатной температуре. Результаты работы были опубликованы в феврале 2022 года в журнале ChemSusChem. В процессе используется катализатор на основе цинка и метанол для полного разрушения гранул поликарбоната. Отходы преобразуются в бисфенол А (BPA) и диметилкарбонат (DMC). DMC является «зеленым» растворителем и компонентом химических соединений. BPA, потенциальный загрязнитель окружающей среды, необходимо изолировать, предотвратив утечку. Используемый в процессе катализатор эффективен для различных сочетаний полимерных компонентов. Например, он позволяет эффективно разрушить полилактид и ПЭТ, хотя и при более высоких температурах. В конечном счете, процесс химической переработки пластиковых отходов приводит к восстановлению востребованных сырьевых компонентов — заявил Джек Пейн, автор опубликованной по результатам проведенного исследования статьи.
Получение первичных химикатов
необходимо для сепарации от раство- Завод, который внедрит предложенную рителя 2-Me-THF, который имеет со- технологию, должен будет обеспечить поставимую температуру кипения. По- постоянный и надежный источник сысле этого мы ожидаем, что и бисфенол рья в виде поликарбонатных отходов. Для А, и диметилкарбонат будут иметь пер- этого понадобится инфраструктура сбора вичное качество и, следовательно, при- и сортировки, требующая значительных годны для реполимеризации. Посколь- капиталовложений как на региональном, ку фракционная дистилляция является так и на национальном уровне. стандартным промышленным методом, «Оценка экономической эффека условия эксплуатации довольно мяг- тивности предложенного процесса хикие — от 80°C до 90°C — я ожидаю, мической переработки по сравнению что большинство затрат будет связано с механической переработкой потребус сушкой BPA для удаления H2O». ет всестороннего технико-экономического анализа (TEA) и анализа жизненРасширение ного цикла (LCA)», — добавил Пейн.
номенклатуры На очереди в повестке дня — расширение процесса. «Хотя мы показали, что наш катализатор устойчив к примесям, содержащимся в поликарбонатных композитах и других пластмассах, прочие распространенные загрязнители, которые могут быть примешаны к пластику, например, отходы продуктов питания и мусор — не были исследованы, — отметил Пейн. — Мы ожидаем, что переработчики будут применять предварительную сортировку отходов в целях сохранения эффективности процесса. А входящий поток после предварительной очистки будет направлен на реактор периодического действия на месте». Разработчики показали в ходе своей работы, что при подаче механической смеси из поликарбоната и ПЭТ — ПЭТ остается непрореагировавшим и может быть отфильтрован, высушен и направлен для дальнейшей переработки.
Масштабирование
«После завершения процесса сырой Следующий вопрос — насколько легко бисфенол А легко восстанавливает- будет масштабироваться процесс? ся путем удаления летучих компонен«Заводы по переработке химических тов, — пояснил ученый. — Чистый би- веществ обычно требуют объем вхосфенол А может быть получен путем дящего сырья от 50 тыс. т до 100 тыс. рекристаллизации из воды с последую- т в год, чтобы быть экономически сощей сушкой. Диметилкарбонат легко стоятельными, — сказал Пейн, — поизвлекается путем фракционной ди- этому мы ожидаем сопоставимого масстилляции летучих компонентов. Это штаба для нашего процесса». The Chemical Journal Март 2022
Перенос «На всех этапах мы осознавали возможность переноса процесса из лаборатории в промышленность, — пояснил он. — Для создания катализатора мы выбрали дешевый и доступный на рынке металл — цинк, который использовали в сочетании с простыми, масштабируемыми лигандами. Это позволит снизить затраты, связанные с изготовлением катализатора. Данные решения, в сочетании со снижением энергоемкости процесса, сделает этот процесс экономически конкурентоспособным в сравнении с механической переработкой». К слову, снижение энергоемкости процесса в сравнении с механической переработкой возникает потому, что последняя требует обеспечивать температуру в реакторе от 230°С до 260°C. Кроме того, механическая переработка от цикла к циклу снижает качество переработанного полимера, и количество циклов не может превышать 6–7. В этом принципиальный недостаток механического метода перед химическим. Итак, несмотря на то, что химическая переработка требует более высоких первоначальных затрат по сравнению с механической, метод позволяет долгосрочно удерживать материальную ценность в пластиковой экономике, поэтому он потенциально более экономически привлекателен после прохождения периода окупаемости. 47