Det moderna livet är beroende av plast. Denna lätta, anpassningsbara produkt är en hörnsten inom förpackningar, medicinsk utrustning, flyg- och bilindustrin med mera. Men plastavfall är fortfarande ett problem eftersom det bryts ned på soptippar och förorenar haven.
FAMU-FSU College of Engineerings forskare har skapat ett potentiellt alternativ till traditionell petroleumbaserad plast som är gjord av koldioxid (CO2 ) och lignin, en komponent av trä som är en billig biprodukt från papperstillverkning och biobränsleproduktion. Deras forskning publicerades i Advanced Functional Materials .
"Vår studie tar den skadliga växthusgasen CO2 och gör det till ett användbart råmaterial för att producera nedbrytbara polymerer eller plaster", säger Hoyong Chung, docent i kemi- och biomedicinsk teknik vid högskolan. "Vi minskar inte bara CO2 utsläpp, men vi producerar en hållbar polymerprodukt med CO2 ."
Denna studie är den första som visar direkt syntes av vad som kallas en cyklisk karbonatmonomer – en molekyl gjord av kol- och syreatomer som kan kopplas samman med andra molekyler – gjord av CO2 och lignin.
Genom att länka samman flera monomerer kan forskare skapa syntetiska polymerer, långkedjiga molekyler som kan designas för att fylla alla möjliga tillämpningar.
Materialet utvecklat av Chung och hans forskargrupp är helt nedbrytbart vid slutet av sin livslängd utan att producera mikroplaster och giftiga ämnen. Det kan syntetiseras vid lägre tryck och temperaturer. Och polymeren kan återvinnas utan att förlora sina ursprungliga egenskaper.
Med hjälp av depolymerisation kan forskarna omvandla polymerer till rena monomerer, som är byggstenarna i polymerer. Detta är nyckeln till den höga kvaliteten på det återvunna materialet. Monomererna kan återvinnas på obestämd tid och producerar en högkvalitativ polymer lika bra som originalet, en förbättring jämfört med tidigare utvecklade och för närvarande använda polymermaterial där upprepad värmeexponering från smältning minskar kvaliteten och möjliggör begränsad återvinning.
"Vi kan lätt bryta ned polymeren via depolymerisation, och den nedbrutna produkten kan syntetisera samma polymer igen," sa Chung. "Detta är mer kostnadseffektivt och hindrar det från att förlora originalegenskaper hos polymerer över flera återvinningar. Detta anses vara ett genombrott inom materialvetenskap, eftersom det möjliggör förverkligandet av en sann cirkulär ekonomi."
Det nyutvecklade materialet skulle kunna användas för billiga plastprodukter med kort livslängd inom sektorer som konstruktion, jordbruk, förpackningar, kosmetika, textilier, blöjor och engångsköksartiklar. Med vidareutveckling förutser Chung dess användning i högt specialiserade polymerer för biomedicinska och energilagringstillämpningar.
Postdoktorn Arijit Ghorai var huvudförfattaren till studien.
Mer information: Arijit Ghorai et al, CO2 och ligninbaserade hållbara polymerer med kemisk återvinning med sluten slinga, avancerade funktionella material (2024). DOI:10.1002/adfm.202403035
Journalinformation: Avancerat funktionsmaterial
Tillhandahålls av Florida State University
