Des scientifiques recyclent du plastique auparavant non recyclable

Par University of Michigan21 janvier 2023

Le recyclage est le processus de conversion des déchets en nouveaux produits. Cela permet de préserver les ressources naturelles et de réduire la quantité de déchets envoyés dans les décharges. C'est un moyen simple et efficace de réduire l'impact environnemental des déchets et de promouvoir la durabilité.

Le PVC, ou chlorure de polyvinyle, est un plastique largement utilisé aux États-Unis et dans le monde, se classant au troisième rang mondial en termes de volume.

On le trouve dans une variété de produits de tous les jours, y compris les équipements hospitaliers tels que les tubulures, les poches de sang et les masques, ainsi que les tuyaux de plomberie. Le PVC est également utilisé dans les matériaux de construction tels que les cadres de fenêtres, les boiseries, les revêtements et les revêtements de sol. De plus, il est utilisé dans les revêtements pour le câblage électrique et dans divers articles tels que les rideaux de douche, les tentes, les bâches et les vêtements.

Il a également un taux de recyclage de zéro pour cent aux États-Unis.

Maintenant, les chercheurs de l'Université du Michigan, dirigés par la première auteure de l'étude Danielle Fagnani et la chercheuse principale Anne McNeil, ont découvert un moyen de recycler chimiquement le PVC en matériau utilisable. La partie la plus fortuite de l'étude ? Les chercheurs ont trouvé un moyen d'utiliser les phtalates dans les plastifiants - l'un des composants les plus nocifs du PVC - comme médiateur de la réaction chimique. Leurs résultats sont publiés dans la revue Nature Chemistry.

"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"}]">acide très rapidement avec un peu de chaleur."

Le plastique est généralement recyclé en le faisant fondre et en le reformant en matériaux de qualité inférieure dans un processus appelé recyclage mécanique. Mais lorsque de la chaleur est appliquée au PVC, l'un de ses composants principaux, appelés plastifiants, s'échappe très facilement du matériau, explique McNeil.

Ils peuvent ensuite se glisser dans d'autres plastiques dans le flux de recyclage. De plus, l'acide chlorhydrique se dégage facilement du PVC avec la chaleur. Cela pourrait corroder l'équipement de recyclage et causer des brûlures chimiques à la peau et aux yeux, ce qui n'est pas idéal pour les travailleurs d'une usine de recyclage.

De plus, les phtalates - un plastifiant courant - sont des perturbateurs endocriniens hautement toxiques, ce qui signifie qu'ils peuvent interférer avec l'hormone thyroïdienne, les hormones de croissance et les hormones impliquées dans la reproduction chez les mammifères, y compris les humains.

Alors, pour trouver un moyen de recycler le PVC qui ne nécessite pas de chaleur, Fagnani a commencé à explorer l'électrochimie. En cours de route, elle et l'équipe ont découvert que le plastifiant qui présente l'une des principales difficultés de recyclage pouvait être utilisé dans la méthode de décomposition du PVC. En fait, le plastifiant améliore l'efficacité de la méthode et la méthode électrochimique résout le problème avec l'acide chlorhydrique.

"Ce que nous avons découvert, c'est qu'il libère toujours de l'acide chlorhydrique, mais à un rythme beaucoup plus lent et plus contrôlé", a déclaré Fagnani.

Le PVC est un polymère avec un squelette hydrocarboné, dit Fagnani, composé de simples liaisons carbone-carbone. Attaché à tous les autres groupes carbonés se trouve un groupe chlore. Sous activation thermique, l'acide chlorhydrique se détache rapidement, ce qui entraîne une double liaison carbone-carbone le long du squelette du polymère.

Mais l'équipe de recherche utilise plutôt l'électrochimie pour introduire un électron dans le système, ce qui lui confère une charge négative. Cela rompt la liaison carbone-chlorure et donne un ion chlorure chargé négativement. Parce que les chercheurs utilisent l'électrochimie, ils peuvent mesurer la vitesse à laquelle les électrons sont introduits dans le système, ce qui contrôle la rapidité avec laquelle l'acide chlorhydrique est produit.

L'acide peut ensuite être utilisé par les industries comme réactif pour d'autres réactions chimiques. Les ions chlorure peuvent également être utilisés pour chlorer de petites molécules appelées arènes. Ces arènes peuvent être utilisés dans des composants pharmaceutiques et agricoles. Il reste du matériau du polymère, pour lequel McNeil dit que le groupe cherche toujours une utilisation. Fagnani dit que l'étude montre comment les scientifiques pourraient envisager de recycler chimiquement d'autres matériaux difficiles.

"Soyons stratégiques avec les additifs qui sont dans les formulations de plastiques. Pensons à la période d'utilisation et à la fin d'utilisation du point de vue des additifs", a déclaré Fagnani, qui est maintenant chercheur scientifique chez Ashland, une entreprise spécialisée dans la fabrication d'additifs spécialisés biodégradables pour les biens de consommation tels que les détergents à lessive, les écrans solaires et les shampoings. "Les membres actuels du groupe essaient d'améliorer encore plus l'efficacité de ce processus."

L'objectif du laboratoire de McNeil a été de développer des moyens de recycler chimiquement différents types de plastiques. Briser les plastiques en leurs composants pourrait produire des matériaux non dégradés que l'industrie peut réintégrer dans la production.

"C'est un échec de l'humanité d'avoir créé ces matériaux incroyables qui ont amélioré nos vies à bien des égards, mais en même temps d'être si myope que nous n'avons pas pensé à quoi faire avec les déchets", a déclaré McNeil. "Aux États-Unis, nous sommes toujours bloqués à un taux de recyclage de 9 %, et ce ne sont que quelques types de plastiques. Et même pour les plastiques que nous recyclons, cela conduit à des polymères de qualité de moins en moins bonne. Nos bouteilles de boissons ne redeviennent jamais des bouteilles de boissons. Elles deviennent un textile ou un banc de parc, qui finit ensuite dans une décharge."

Référence : "Utilisation de déchets de poly(chlorure de vinyle) pour synthétiser des chloroarènes par électro(dé)chloration médiée par un plastifiant" par Danielle E. Fagnani, Dukhan Kim, Sofia I. Camarero, Jose F. Alfaro et Anne J. McNeil, 14 novembre 2022, Nature Chemistry.DOI : 10.1038/s41557-022-01078-w