Alimlər adi plastik tullantıları qızdırılmış duzların köməyi ilə yanacağa çeviriblər

Yeni üsul polietilen tullantılarını yüksək temperatur tələb etmədən benzin və dizelə bənzər yanacaqlara çevirməyə imkan verir. Plastik torbalar, doğrama lövhələri və bir çox gündəlik məişət məhsullarının hazırlanmasında istifadə olunan polietilen tullantılarının təkrar emalı olduqca çətindir. ABŞ Energetika Nazirliyinin Oak Ridge Milli Laboratoriyasının (ORNL) alimləri isə bu problemi həll edə biləcək yeni üsul hazırlayıblar. Tədqiqatçılar polietileni nisbətən sadə qızdırılmış ərimiş duz qarışığından istifadə etməklə parçalayaraq benzin və dizelə bənzər yanacaq məhsullarına çevirə biliblər. Laboratoriya təcrübələrində yeni üsul polietileni 200°C-dən aşağı temperaturda emal edib və təxminən 60% benzin çıxımı əldə olunub. Bu temperatur plastikdən yanacaq istehsalında istifadə edilən bir çox ənənəvi üsullarla müqayisədə xeyli aşağıdır.  Üstəlik, prosesdə bahalı qiymətli metal katalizatorlara, üzvi həlledicilərə və kənardan hidrogen verilməsinə ehtiyac olmayıb.

Yeni metodun əsasını tərkibində alüminium xlorid olan ərimiş duzlar təşkil edir. Ərimiş duz sadəcə qızdırılaraq maye halına gətirilmiş duzdur. Bu prosesdə maye duz qarışığı həm reaksiyanın getdiyi mühit, həm də reaksiyanı sürətləndirən katalizator rolunu oynayıb. ORNL əməkdaşı və tədqiqatın həmmüəlliflərindən biri Zhenzhen Yang bildirib ki, alimlər polimer tullantılarını kommersiya baxımından əlçatan qeyri-üzvi duzlardan istifadə etməklə yüksək əlavə dəyərə malik yanacaq məhsullarına çeviriblər. Onun sözlərinə görə, ənənəvi polimerdən yanacaq istehsalı üsullarından fərqli olaraq, yeni prosesdə nəcib metal katalizatorlara, üzvi həlledicilərə və xaricdən hidrogen təminatına ehtiyac yoxdur. Tədqiqatçılar qeyd edirlər ki, bu, ərimiş duzların katalitik başlanğıc maddə və həlledici olmadan, 200°C-dən aşağı temperaturda tullantılardan yüksək dəyərli kimyəvi maddələr əldə etmək üçün istifadə edildiyi ilk haldır. Temperaturun aşağı olması metodun mühüm üstünlüklərindən biridir. Plastik tullantıların parçalanmasında geniş istifadə olunan piroliz prosesində adətən təxminən 450–500°C temperatur tələb olunur. Tennessi Universitetinin, Knoxville şəhərciyinin doktorantdan sonrakı tədqiqatçısı Liqi Qiu bildirib ki, tədqiqat qrupu polietilenin benzinə səmərəli və seçici şəkildə çevrilməsi üsulunu hazırlayıb.

Tədqiqatçılar ərimiş duzların bu reaksiyanı necə həyata keçirdiyini də araşdırıblar.

Polietilen uzun karbon və hidrogen atomları zəncirlərindən ibarətdir. Alimlər müəyyən ediblər ki, ərimiş duzdakı alüminium mərkəzləri güclü turşu xüsusiyyəti qazanaraq uzun polimer zəncirlərinin parçalanmasına səbəb ola bilir. Nəticədə yanacağın tərkibində rast gəlinən daha kiçik karbohidrogen molekulları yaranır. Reaksiyanın mühüm mərhələlərindən birində müsbət yüklü karbon atomu əmələ gəlir. Bu prosesin necə baş verdiyini izləmək üçün tədqiqatçılar kimyəvi marker kimi hidrogenin daha ağır forması olan deyteriumdan istifadə ediblər.  Daha sonra onlar Oak Ridge Milli Laboratoriyasının Spallation Neutron Source qurğusunda neytron səpilməsindən yararlanıblar. Bu üsul hidrogen və onun izotopları kimi yüngül elementlərin izlənməsi üçün xüsusilə əlverişlidir. ORNL-dən Sheng Dai bildirib ki, polimerin tərkibində çoxlu hidrogen olduğu üçün neytronlar hidrogeni və onun deyterium kimi izotoplarını müəyyənləşdirmək üçün ideal vasitədir. Bu ölçmələr müxtəlif polietilen növlərinin niyə fərqli yanacaq məhsulları yaratdığını da izah etməyə kömək edib. Daha sadə polimer zəncirləri əsasən benzinə bənzər birləşmələr, daha mürəkkəb zəncirlər isə dizelə bənzər məhsullar əmələ gətirib.

Tədqiqatçılar reaksiyanın gedişində alüminium katalizatorunun özündə baş verən dəyişiklikləri də araşdırıblar. Lawrence Berkeley Milli Laboratoriyasının Advanced Light Source qurğusunda aparılan yumşaq rentgen şüaları ilə analizlər alüminium mərkəzlərinin polietilenlə qarşılıqlı təsir zamanı dəyişdiyini göstərib. Yang bildirib ki, əldə edilən nəticələr elektronlarla zəngin aralıq birləşmələrin yarandığını və aromatik halqalı aralıq məhsulun alüminiumla qarşılıqlı əlaqəyə girərək bağlanma enerjisində dəyişiklik yaratdığını göstərib. Alimlər bu nəticələri nüvə maqnit rezonansı, rentgen difraksiyası, qaz xromatoqrafiyası-kütlə spektrometriyası və kompüter simulyasiyaları da daxil olmaqla bir sıra digər üsullarla təsdiqləyiblər.

Yeni metod Oak Ridge Milli Laboratoriyasında ərimiş duzlarla bağlı onilliklər ərzində aparılan araşdırmalara əsaslanır.

ORNL bu materialları ən azı 1960-cı illərdən öyrənir. Həmin dövrdə laboratoriyada həyata keçirilən Molten Salt Reactor Experiment ərimiş duzların nüvə reaktorlarında istifadə potensialını nümayiş etdirmişdi. Daha sonra Sheng Dai ərimiş duz kimyasından tamamilə fərqli bir məqsədlə — tullantıya çevrilmiş polimerlərin faydalı məhsullara çevrilməsi üçün istifadə etməyi təklif edib.

Ərimiş duzların sərt kimyəvi şəraitdə sabit qala bilməsi yeni metodun gələcəkdə sənaye miqyasında tətbiqi üçün üstünlük yarada bilər. Dai bildirib ki, ORNL sistemi iki fundamental problemi həll edir. Birincisi, sistemin sabit olması onun sənaye miqyasına keçirilməsini əhəmiyyətli dərəcədə asanlaşdıra bilər. İkincisi isə əvvəlki sistemlərdə katalitik reaksiyanı başlatmaq üçün xüsusi başlanğıc maddə tələb olunurdu, yeni sistemdə isə buna ehtiyac yoxdur.

Tədqiqatçılar hesab edirlər ki, bu kimyəvi mexanizmin daha yaxşı anlaşılması gələcəkdə metodun digər plastik növlərinə və müxtəlif kimyəvi proseslərə tətbiqinə imkan verə bilər.

Layihəni idarə edən və polimerlər üzrə tədqiqatlara töhfə verən ORNL alimi Tomonori Saito bildirib ki, tədqiqat qrupu hazırda geniş yayılmış polimer olan polietileni ərimiş duzlardan istifadə etməklə emal etməyə çalışır və məqsəd gələcək kəşflərə və yeni iqtisadi imkanlara yol aça biləcək fundamental elmi prinsipləri anlamaqdır. Su yeni metodun genişmiqyaslı tətbiqinə mane olur

Yeni texnologiyanın hələlik mühüm bir çatışmazlığı var. Alüminium əsaslı ərimiş duzlar suyu asanlıqla udur, bu isə sistemin sabitliyini azaldır. 

Tədqiqatçılar hazırda ərimiş duzları daha yaxşı qorumaq və sistemdə saxlamaq üçün yeni üsullar üzərində işləyirlər. Bunun üçün halogenlərdən və ya karbon əsaslı materiallardan istifadə etməklə ayırma və emal prosesinin yaxşılaşdırılması nəzərdən keçirilir. Bu problemlər həll edilərsə və texnologiya laboratoriya mərhələsindən sənaye miqyasına çıxarıla bilərsə, tullantıya çevrilmiş polietilen çətin təkrar emal olunan plastik kimi qalmaq əvəzinə faydalı yanacaq tipli kimyəvi maddələrin mənbəyinə çevrilə bilər. 

Tədqiqat qrupu metod üçün patent müraciəti də edib.

Liqi Qiu bildirib ki, polimer xammalı məişət tullantılarında bol miqdarda mövcuddur, alüminium ərimiş duzlarından ibarət katalizator sistemi isə çox ucuzdur. Onun fikrincə, bu yanaşma sənaye üçün perspektivli ola bilər.

mənbə: scitechdaily.com