PGS Aleksandr Zhukhovitskiy giới thiệu một phương pháp hóa học đột phá để tái chế cao su phế thải. Phương pháp này mang đến một giải pháp tái chế sáng tạo và bền vững, thay thế các phương pháp truyền thống (nguồn: Đại học Bắc Carolina - Chapel Hill).
Mỗi năm, hàng triệu lốp xe cũ bị thải bỏ vào các bãi rác, tạo ra một cuộc khủng hoảng môi trường với những hệ lụy nghiêm trọng. Riêng tại Hoa Kỳ, hơn 274 triệu lốp xe đã bị loại bỏ trong năm 2021, trong đó gần 20% bị chôn lấp. Sự tích tụ của loại rác thải này không chỉ gây ra vấn đề không gian mà còn tiềm ẩn những nguy cơ môi trường nghiêm trọng như rò rỉ hóa chất và cháy tự phát.
Hiện nay, phương pháp tái chế phổ biến nhất là nhiệt phân (pyrolysis), trong đó cao su được xử lý ở nhiệt độ cao để phân hủy thành các hợp chất tái sử dụng. Tuy nhiên, quá trình này tạo ra nhiều sản phẩm phụ độc hại như benzen và dioxin, gây rủi ro cho sức khỏe con người và môi trường.
Cao su tổng hợp, đặc biệt là loại dùng trong lốp xe, là một mạng lưới polymer liên kết chéo (cross-linked polymers), giúp nó bền và đàn hồi nhưng cũng làm cho quá trình tái chế trở nên khó khăn. Các phương pháp truyền thống như khử lưu hóa (de-vulcanization) có thể phá vỡ liên kết lưu huỳnh nhưng làm suy yếu tính chất cơ học của vật liệu, trong khi các kỹ thuật oxy hóa hoặc xúc tác thường tạo ra sản phẩm phụ kém giá trị.
Để giải quyết những thách thức này, nhóm nghiên cứu đã sử dụng một loại thuốc thử sulfur diimide để gắn nhóm amin vào các vị trí cụ thể trong chuỗi polymer. Bước này rất quan trọng vì nó tạo tiền đề cho quá trình tái cấu trúc chuỗi chính của polymer, giúp phân hủy cao su thành các vật liệu hòa tan có thể sử dụng trong sản xuất nhựa epoxy.
Thử nghiệm cho thấy phương pháp này đạt hiệu suất cao đáng kể. Khi áp dụng lên một loại polymer mô hình, nhóm nghiên cứu đã giảm khối lượng phân tử từ 58.100 xuống chỉ còn 400 g/mol. Đối với cao su thực tế từ lốp xe đã qua sử dụng, quá trình phân hủy diễn ra hoàn toàn trong vòng sáu giờ, tạo ra sản phẩm có nhóm amin, sẵn sàng cho các ứng dụng công nghiệp.
So với các phương pháp tái chế truyền thống đòi hỏi nhiệt độ cao hoặc chất xúc tác đắt đỏ, quy trình mới hoạt động trong điều kiện nhẹ nhàng hơn, chỉ từ 35-50°C (95-122°F) và trong môi trường nước, giúp tiết kiệm năng lượng và giảm tác động môi trường.
Nhựa epoxy là một vật liệu quan trọng được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp chất kết dính, lớp phủ và vật liệu tổng hợp. Thông thường, chúng được sản xuất từ các hóa chất có nguồn gốc dầu mỏ như bisphenol A và các tác nhân đóng rắn. Kết quả nghiên cứu cho thấy, các polymer poly-diene được chức năng hóa bằng amin có thể tạo ra nhựa epoxy có độ bền tương đương với các loại thương mại hiện có.
Ngoài tiềm năng ứng dụng thực tế, nghiên cứu này còn đánh dấu một bước tiến quan trọng trong công nghệ tái chế bền vững. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng chỉ số E-factor để đánh giá tác động môi trường của quy trình, trong đó tỷ lệ chất thải sinh ra so với sản phẩm đầu ra là một tiêu chí quan trọng. Mặc dù chỉ số E-factor tổng thể còn cao do sử dụng dung môi, nhưng nếu loại bỏ yếu tố này, phương pháp mới cho thấy tiềm năng tối ưu hóa đáng kể. Nhóm nghiên cứu hiện đang tìm cách cải thiện bằng cách sử dụng dung môi thân thiện hơn và điều kiện phản ứng xanh hơn.
TS Sydney Towell, đồng tác giả nghiên cứu nhận định, công trình này đánh dấu một sự thay đổi mô hình trong cách chúng ta xử lý vấn đề rác thải cao su. Bằng cách tận dụng sức mạnh của C-H amination và tái cấu trúc chuỗi polymer, phương pháp này mở ra con đường mới để biến cao su phế thải thành vật liệu có giá trị, giảm thiểu sự phụ thuộc vào bãi rác và giảm tác động tiêu cực đến môi trường.
LB (theo Đại học Bắc Carolina - Chapel Hill)