Как полимеры превращаются в удобрения для растений

Пластмассы захватили мир штурмом за последнее столетие, найдя применение практически во всех сферах нашей жизни. Однако распространение этих синтетических полимеров, которые составляют основу пластмасс, способствовало возникновению многих серьезных экологических проблем. Худшим из них является чрезмерное использование нефтехимических соединений и утилизация не поддающихся биологическому разложению материалов без переработки; только 14% всех пластиковых отходов перерабатывается, что вряд ли решит проблему.

Использование продуктов разложения PIC в качестве удобрения, богатого азотом, замыкает устойчивый цикл, который делает биопластики гораздо более привлекательным вариантом для решения экологических проблем, связанных с обычными пластиками на нефтяной основе. Предоставлено: Дайсуке Аоки из Токийского технологического института.

Чтобы решить головоломку с пластиком, нам необходимо разработать «круговые» системы, в которых исходные материалы, используемые для производства пластмасс, проходят полный цикл после утилизации и переработки. В Токийском технологическом институте группа ученых во главе с доцентом Дайсуке Аоки и профессором Хидеюки Оцука разрабатывает новую концепцию. В их новом экологически безопасном процессе пластмассы, произведенные с использованием биомассы (биопластиков), химически перерабатываются обратно в удобрения. Это исследование будет опубликовано 28 октября 2021 года в Green Chemistry, журнале Королевского химического общества, посвященном инновационным исследованиям устойчивых и экологически чистых технологий.

Поликарбонат на биологической основе

• Команда сосредоточилась на поли (изосорбидкарбонате), или «PIC», типе поликарбоната на биологической основе, который привлек много внимания как альтернатива поликарбонатам на нефтяной основе. PIC производится с использованием нетоксичного материала, полученного из глюкозы, называемого изосорбидом (ISB), в качестве мономера. Интересно то, что карбонатные звенья, соединяющие звенья ISB, можно разорвать с помощью аммиака (NH 3 ) в процессе, известном как «аммонолиз».
• В результате получается мочевина, молекула, богатая азотом, которая широко используется в качестве удобрения. Хотя эта химическая реакция не была секретом для науки, немногие исследования разложения полимеров были сосредоточены на потенциальном использовании всех продуктов разложения, а не только мономеров.

Во-первых, ученые исследовали, насколько хорошо может быть проведен полный аммонолиз PIC в воде при мягких условиях (30 ° C и атмосферное давление). Причина этого решения заключалась в том, чтобы избежать использования органических растворителей и чрезмерного количества энергии. Команда тщательно проанализировала все продукты реакции с помощью различных средств, включая спектроскопию ядерного магнитного резонанса, инфракрасную спектроскопию с преобразованием Фурье и гель-проникающую хроматографию.

Хотя им удалось произвести таким образом мочевину, разложение PIC не было полным даже через 24 часа, поскольку многие производные ISB все еще присутствовали. Поэтому исследователи попытались повысить температуру и обнаружили, что полное разложение может быть достигнуто примерно за шесть часов при 90 ° C!

Доктор Аоки подчеркивает преимущества этого подхода:

«Реакция протекает без какого-либо катализатора, демонстрируя, что аммонолиз PIC можно легко провести с использованием водного раствора аммиака и нагревания. Таким образом, эта процедура проста в эксплуатации и безвредна для окружающей среды с точки зрения переработки химикатов».

Наконец, в качестве доказательства концепции того, что все продукты распада PIC могут быть непосредственно использованы в качестве удобрения, команда провела эксперименты по выращиванию растений с Arabidopsis thaliana , модельным организмом. Они обнаружили, что растения, обработанные всеми продуктами распада PIC, росли лучше, чем растения, обработанные только мочевиной.

Система удобрений из пластмасс

Общие результаты этого исследования демонстрируют возможность разработки систем удобрений из пластмасс. Эти системы могут не только помочь в борьбе с загрязнением и истощением ресурсов, но и способствовать удовлетворению растущих мировых потребностей в продовольствии. Д-р Аоки завершает свое выступление на высокой ноте: «Мы убеждены, что наша работа представляет собой веху на пути к разработке экологически безопасных и пригодных для вторичной переработки полимерных материалов в ближайшем будущем. Эра «хлеба из пластика» не за горами!»

Источник

Метки: пластик