과학자들은 이전에는 재활용할 수 없었던 플라스틱을 재활용합니다.

University of Michigan2023년 1월 21일

재활용은 폐기물을 새로운 제품으로 변환하는 과정입니다. 이는 천연자원을 보존하고 매립지로 보내지는 폐기물의 양을 줄이는 데 도움이 됩니다. 이는 폐기물이 환경에 미치는 영향을 줄이고 지속가능성을 촉진하는 간단하고 효과적인 방법입니다.

PVC(폴리염화비닐)는 미국과 전 세계에서 널리 사용되는 플라스틱으로, 전 세계적으로 부피 기준으로 세 번째로 높은 플라스틱입니다.

배관, 혈액백, 마스크 등 병원 장비는 물론 배관 파이프 등 다양한 일상용품에서 찾아볼 수 있습니다. PVC는 창틀, 주택 트림, 사이딩, 바닥재와 같은 건축 자재에도 사용됩니다. 또한, 전기 배선용 코팅재 및 샤워 커튼, 텐트, 방수포, 의류 등 다양한 품목에 사용됩니다.

또한 미국에서는 재활용률이 0%입니다.

이제 연구 제1저자인 Danielle Fagnani와 수석 조사관 Anne McNeil이 이끄는 미시간 대학교 연구원들은 PVC를 화학적으로 재활용하여 사용 가능한 물질로 만드는 방법을 발견했습니다. 연구에서 가장 운이 좋았던 부분은 무엇입니까? 연구자들은 PVC의 가장 유해한 성분 중 하나인 가소제의 프탈레이트를 화학 반응의 매개체로 사용하는 방법을 발견했습니다. 그들의 결과는 Nature Chemistry 저널에 게재되었습니다.

"PVC is the kind of plastic that no one wants to deal with because it has its own unique set of problems," said Fagnani, who completed the work as a postdoctoral researcher in the U-M Department of Chemistry. "PVC usually contains a lot of plasticizers, which contaminate everything in the recycling stream and are usually very toxic. It also releases hydrochloric acidAny substance that when dissolved in water, gives a pH less than 7.0, or donates a hydrogen ion." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">약간의 열을 가하면 정말 빠르게 산성이 됩니다."

플라스틱은 일반적으로 기계적 재활용이라는 과정을 통해 녹인 다음 낮은 품질의 재료로 변환하여 재활용됩니다. 그러나 PVC에 열을 가하면 가소제라고 불리는 주요 구성 요소 중 하나가 매우 쉽게 재료에서 침출된다고 McNeil은 말합니다.

그런 다음 재활용 흐름에서 다른 플라스틱으로 미끄러질 수 있습니다. 또한 염산은 열에 의해 PVC에서 쉽게 방출됩니다. 재활용 장비를 부식시키고 피부와 눈에 화학적 화상을 입힐 수 있습니다. 이는 재활용 공장의 작업자에게 적합하지 않습니다.

더욱이, 일반적인 가소제인 프탈레이트는 독성이 매우 높은 내분비 교란 물질입니다. 즉, 갑상선 호르몬, 성장 호르몬, 인간을 포함한 포유류의 생식과 관련된 호르몬을 방해할 수 있습니다.

그래서 열이 필요하지 않은 PVC를 재활용하는 방법을 찾기 위해 Fagnani는 전기화학을 탐구하기 시작했습니다. 그 과정에서 그녀와 팀은 주요 재활용 문제 중 하나를 나타내는 가소제가 PVC를 분해하는 방법에 사용될 수 있음을 발견했습니다. 실제로 가소제는 방법의 효율성을 향상시키고, 전기화학적 방법은 염산 문제를 해결합니다.

"우리가 발견한 것은 그것이 여전히 염산을 방출하지만 훨씬 더 느리고 더 통제된 속도로 방출된다는 것입니다"라고 Fagnani는 말했습니다.

PVC는 단일 탄소-탄소 결합으로 구성된 탄화수소 골격을 가진 폴리머라고 Fagnani는 말합니다. 다른 모든 탄소 그룹에는 염소 그룹이 붙어 있습니다. 열이 활성화되면 염산이 빠르게 튀어나와 고분자 골격을 따라 탄소-탄소 이중 결합이 형성됩니다.

그러나 연구팀은 대신 전기화학을 사용하여 시스템에 전자를 도입하여 시스템이 음전하를 갖도록 합니다. 이로 인해 탄소-염화물 결합이 끊어지고 음전하를 띤 염화물 이온이 생성됩니다. 연구자들은 전기화학을 사용하고 있기 때문에 염산이 얼마나 빨리 생성되는지를 제어하는 ​​시스템에 전자가 도입되는 속도를 측정할 수 있습니다.