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裏使用了一定比例的炭黑(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,成功地通過使用陽光、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,讓這些塑膠分解成鍊長較短的一、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地分離,以此獲得可回收重複利用的塑膠。該研究成果於今年11月底發表在《美國化學學會》上。

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「炭黑」作為主要的光熱劑,放到普通聚苯乙烯塑膠(PS)裏面,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炭黑或其它的金屬催化劑。

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、醬油污染,其分解效率會降至46%。若被橙汁污染,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PS與黑色PS進行不同比例混合,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PS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PS其分解率高達80%。

這些實驗結果顯示,其它顏色的聚苯乙烯塑膠只需要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(ACS)表示,這種簡單的可見光照射回收方法,未來有可能用到其它含有添加劑的商業塑膠中。@

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