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新研究:用光照法回收黑色塑膠

2024年12月19日,法國的一家分檢中心,工人們正在挑選可回收塑膠廢品。(Thibaud Moritz/AFP)
2024年12月19日,法國的一家分檢中心,工人們正在挑選可回收塑膠廢品。(Thibaud Moritz/AFP)

【記者吳瑞昌/編譯】近年來,科學家們在降解回收塑膠方面取得了很大成功,但並非所有塑膠都能回收。例如:黑色聚苯乙烯(PS,Polystyrene)做成的泡沫和塑膠蓋就很難回收,因為其中含有大量的顏色添加劑。現在,科學家找到一種光照法,可幫助塑膠分解,以達到良好的回收效果。

由於黑色泡沫和黑色塑膠蓋裡使用了一定比率的碳煙(煤焦油、植物或石油產品燃燒不完全產生的材料),作為強化塑膠物理性能的添加劑,使這類塑膠難以被有效回收,最終被扔進垃圾掩埋場或被焚燒處理。

美國康乃爾大學和普林斯頓大學的化學家們,成功的通過使用陽光、白燈光的LED照射這些含有顏色的聚苯乙烯塑膠,使其進行光熱轉換反應,讓這些塑膠分解成鏈長較短的一、二和三苯乙塑膠單元體。之後再將這些單元體們放入反應裝置內乾淨的分離,以此獲得可回收重複利用的塑膠。

所謂光熱轉換方式,主要就是透過可見光在塑膠顆粒表面附近加熱分解。光源離塑膠表面的距離越遠,加熱程度越低。藉此,研究人員可控制加熱的功率以提高分解的速率,同時還可對塑膠進行較高的選擇性反應,避免產生不必要的衍生物。

他們先將商業黑色塑膠中的染料「碳煙」作為主要的光熱劑,放到普通聚苯乙烯塑膠(PS)裡面,再利用可見光去照射光熱劑(光熱活性添加劑),使其局部在極短的時間內升至高溫,這些高溫會將該塑膠分解成聚苯乙烯單體。

研究人員發現這種方法有效後,就使用白色LED燈照射發泡聚苯乙烯(PS泡沫)、食品盒、咖啡杯蓋等8種常見的黑色食品容器進行實驗,且過程中沒有額外添加碳煙或其他的金屬催化劑。

結果顯示,這8種材料被成功分解成苯乙烯單體,產率為53%。若容器被菜籽油、醬油汙染,其分解效率會降至46%。若被柳橙汁汙染,其分解效率只剩下37%。

他們還發現將白色LED光源換成光線較強的太陽光,對這些黑色的聚苯乙烯照射5分鐘,就能收穫高達80%的產率。

另外,實驗人員還將不同顏色的聚苯乙烯與黑色聚苯乙烯進行不同比率混合,再分別用白色LED和太陽光照射,以觀察其分解狀況。結果顯示,這些聚苯乙烯混合物在白色LED照射下,其分解率在44.5~46%之間,若在太陽光照射下平均分解率在66.8%,對全黑聚苯乙烯其分解率高達80%。

這些實驗結果顯示,其他顏色的聚苯乙烯塑膠只需與少量黑色聚苯乙烯塑膠混合後,就能進行有效分解。這表明在今後分解聚苯乙烯塑膠時,不需要挑出黑色塑膠,也不用額外添加光熱劑,就可以良好分解該類型的塑膠,使全彩色塑膠得以高效回收。

參與這次實驗的人員一同對美國化學學會(American Chemical Society)ACS表示,這種簡單的可見光照射回收方法,未來有可能用到其他含有添加劑的商業塑膠中。

該研究成果於今年11月底發表在《美國化學學會》上。◇