Матеріалознавці з Віденського університету запропонували спосіб дати пластиковим відходам «друге життя» — перетворити їх на пористі полімерні губки, що притягують воду з повітря навіть у сухому кліматі та віддають її при помірному нагріванні, наприклад від сонячного світла. Про це йдеться у публікації, на яку звертає увагу видання Interesting Engineering.
Як із пластикових відходів роблять «водолюбні» губки
Дослідники зосередилися на так званих ароматичних пластиках — полімерних матеріалах, у молекулах яких є кільця з шести атомів вуглецю. Такі кільця слугують зручними «вузлами», через які можна щільно зшити полімерні ланцюги між собою, утворюючи просторову мережу з безліччю дрібних внутрішніх пор.
Після формування цієї пористої структури матеріал додатково обробляють сульфатною кислотою. У результаті на полімері з’являються сульфонові групи, що сильно притягують молекули води. Завдяки цьому губка здатна поглинати вологу навіть із відносно сухого повітря.
За повідомленням команди, їм вдалося успішно виготовити такі «водолюбні» молекулярні губки з різних видів відходів: полістирольних пакувальних матеріалів, старих компакт-дисків із полікарбонату та деталей LEGO з акрилонітрилбутадієнстиролу. Дослідники також обробили спеціально підібрану суміш різних пластикових відходів, продемонструвавши, що метод працює не лише з однорідною сировиною.
Результати: скільки води може зібрати пластикова губка
Окремо команда описала губку, виготовлену з полістиролу загального призначення — саме з нього часто роблять одноразові столові прибори та корпуси CD-коробок. Такий матеріал зміг адсорбувати майже 60 % власної маси у вигляді води з вологого повітря і близько 20 % — у сухих, «пустельних» умовах.
Зібрану воду можна знову вивільнити за допомогою м’якого нагрівання, зокрема енергією сонця. Більша частина циклу адсорбції та десорбції відбувається протягом приблизно однієї години. При цьому губки добре витримують багаторазове повторення циклів, тож їх можна використовувати знову і знову для отримання води з повітря.
У статті, опублікованій в журналі Chem Circularity, автори підкреслюють, що гіперзшивання та сульфонація перетворюють відходи з упаковки, компакт-дисків і LEGO на полімерні мережі для захоплення води, надаючи існуючим полімерним матеріалам другу службу без попереднього розщеплення їх на мономери.
Крок до кругової економіки та нових джерел води
Розробка відкриває шлях до створення функціональних матеріалів для добування атмосферної вологи з різноманітних ароматичних пластикових відходів. Здатність обробляти суміші сумісних пластиків означає потенційне зменшення вимог до ретельного сортування в межах певних потоків відходів.
Водночас перехід від лабораторних зразків до реальних пристроїв потребує додаткових досліджень. Науковцям ще належить оцінити вплив змінної якості сировини, можливості відновлення розчинників і реагентів, економіку виробництва та екологічні наслідки, а також інтеграцію таких матеріалів у робочі установки й їхню довготривалу надійність.
Саме відповіді на ці запитання покажуть, у якому масштабі «друге життя» для пластикових відходів у вигляді адсорбентів зможе реально посилити кругове використання матеріалів і зробити внесок у забезпечення водою регіонів із дефіцитом прісних ресурсів.