Ученые нашли простой и экологичный способ переработки тефлона
Ученые разработали простой и экологичный метод, позволяющий перерабатывать один из самых прочных пластиков в мире в полезные химические компоненты. Новая энергоэффективная технология, созданная исследователями из Ньюкаслского университета и Бирмингемского университета, предназначена для разложения тефлона. Этот материал, известный в первую очередь благодаря антипригарным покрытиям, ценится за свою исключительную химическую и термическую стабильность. Однако эти же свойства создают серьезные трудности для его переработки.
Новый метод демонстрирует, что отходы тефлона можно разлагать с помощью чистого процесса, для которого требуется лишь металлический натрий и механическое движение. Примечательно, что эта простая реакция происходит при комнатной температуре и без использования токсичных растворителей. Ежегодно в мире производятся сотни тысяч тонн тефлона, который используется в самых разных областях — от смазочных материалов до покрытий для кухонной посуды, и на сегодняшний день существует очень мало способов его утилизации. В настоящее время изделия из него по окончании срока службы попадают на свалки, но новый процесс позволяет извлекать фтор и перерабатывать его в полезные новые материалы.
Фтор используется примерно в одной трети всех новых лекарств и многих передовых материалах, но этот жизненно важный элемент обычно добывается в ходе энергоемких и загрязняющих окружающую среду процессов. Новая методика переработки меняет эту парадигму, показывая, что фтор можно извлекать и повторно использовать непосредственно из отходов тефлона. При использовании традиционных методов утилизации, таких как сжигание, тефлон выделяет в окружающую среду перманентные химические вещества, которые сохраняются в течение десятилетий, что вызывает серьезную озабоченность с точки зрения экологии и здоровья.
В своей работе исследователи обратились к механической химии — подходу «зеленой» химии, который использует механическую энергию для проведения химических реакций вместо высоких температур. В шаровой мельнице, представляющей собой герметичный стальной контейнер, металлический натрий перемалывается вместе с тефлоном, что запускает реакцию при комнатной температуре. Эта реакция разрывает прочные связи углерод-фтор, в результате чего образуются безвредный углерод и фторид натрия — стабильная соль, используемая, в частности, в зубных пастах. Более того, полученный фторид натрия можно использовать напрямую, без очистки, для создания ценных фторсодержащих молекул, применяемых в фармацевтике и других отраслях тонкого химического синтеза.
Команда из Бирмингемского университета детально изучила реакционную смесь на атомном уровне с помощью своей специализированной методики — спектроскопии ядерного магнитного резонанса в твердых телах. Это позволило доказать, что процесс приводит к образованию чистого фторида натрия без каких-либо побочных продуктов. Такой подход к переработке тефлона может создать циклическую экономику для фтора. Метод является простым, быстрым и использует недорогие материалы. Ученые надеются, что их работа вдохновит дальнейшие исследования по повторному использованию других видов фторированных отходов и поможет сделать производство жизненно важных фторсодержащих соединений более устойчивым. Этот подход может способствовать сокращению загрязнения окружающей среды за счет минимизации экологического следа фторсодержащих химикатов, используемых в медицине, электронике и «зеленой» энергетике.
Результаты исследования были в Journal of the American Chemical Society (JACS).