폴리스티렌 폐기물에서 회수된 귀중한 화학 빌딩 블록

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플라스틱 식기와 단열재의 주재료인 폴리스티렌은 널리 사용되는 고분자이지만 현재 재활용이 어렵다. Angewandte Chemie 저널에 보고된 미국 연구팀은 이제 간단한 2단계 공정으로 폴리스티렌 폐기물에서 귀중한 화학 물질을 회수할 수 있는 열화학적 접근 방식을 개발했습니다. 이 새로운 접근 방식을 통해 진정한 순환형 플라스틱 경제를 위한 절연 및 포장 재료의 재활용이 가능해졌습니다.

새로 개발된 "분해 업사이클링(Degradation Upcycling)"(줄여서 Deg-Up)을 사용하면 폴리스티렌 폐기물에서 생산될 매우 가치 있는 다양한 방향족 화학 물질을 생산할 수 있다고 Guoliang Liu와 미국 블랙스버그에 있는 Virginia Tech의 공동 저자가 설명했습니다. , 설명하다. 이 공정에는 2단계 캐스케이드가 포함됩니다. 첫 번째 단계에서는 폴리스티렌이 분해되어 주요 분해 생성물인 벤젠을 생성하고, 두 번째 단계에서는 이 벤젠 생성물이 동일한 반응기에서 화학적으로 변형됩니다. 이 공정을 통해 화장품 및 제약 산업에 사용되는 많은 중요한 물질을 포함하는 벤젠 유도체가 생성됩니다.

폴리스티렌을 벤젠으로 분해하는 방법은 일반적으로 값비싼 촉매가 필요하고 에너지 집약적이며 복잡한 제품 혼합물을 생성합니다. Liu와 동료들의 새로운 열화학 방법은 저렴한 염화알루미늄 촉매를 사용하며 적당한 80°C(약 180°F)의 반응기에서 수행될 수 있습니다. 그들의 방법의 또 다른 장점은 용매인 벤젠을 영리하게 사용한다는 것입니다. “폴리머에서 회수된 벤젠의 양만이 원하는 화학물질로 변환됩니다. 사용되지 않은 용매는 더 많은 폴리머 공급물을 처리하기 위해 재활용될 수 있습니다.”라고 Liu는 말합니다.

연구팀은 개념 증명을 위해 포장 땅콩, 플라스틱 용기 등 각종 폴리스티렌 폐기물을 벤젠에 녹인 뒤 염화알루미늄을 유일한 시약으로 하여 공기가 없는 반응기에서 혼합물을 가열했다. 주로 벤젠으로 구성된 액체 제품은 높은 수율과 높은 선택성으로 원하는 부가가치 화학 물질을 직접 얻는 데 사용될 수 있습니다.

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예를 들어, 팀은 시약인 염화아세틸을 첨가하여 화장품 및 제약 산업에서 중요한 화학물질인 아세토페논을 얻었습니다. 연구팀은 관련 시약인 염화옥살릴을 첨가해 자외선 차단제 제품과 플라스틱 첨가제에 흔히 사용되는 성분인 벤조페논을 얻었습니다. 또한 폴리머 산업에서 고성능 용매로 사용되는 황 함유 방향족 화합물은 폴리스티렌 폐기물로부터 높은 선택성을 가지고 생산되었습니다.

이 새로운 화학적 업사이클링 방법의 목표는 대량의 폴리스티렌 폐기물을 다른 산업 공정을 위한 부가가치 화학 물질로 재활용하는 것입니다. 밀도가 낮은 폴리스티렌 단열재는 기계적 재활용, 즉 수익성 있는 신제품 제조를 위한 재료의 분류, 파쇄 및 운송 과정에 적합하지 않습니다. 반면에 여기에 설명된 Deg-Up 프로세스는 견고하고 오염에 강하며 대량 폴리스티렌 폐기물의 화학적 업사이클링을 위한 플랫폼으로 적합합니다.

참고 자료: Munyaneza NE, Posada C, Xu Z, 외. 폴리스티렌을 아릴 케톤 및 유기황 화합물로 업사이클링하기 위한 일반 플랫폼. 앙 화학 Int 에드. e202307042. doi:10.1002/anie.202307042

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