氣體在國民經(jīng)濟中的地位
據(jù)悉,近日,斯坦福的科學家們發(fā)現(xiàn)了一種新穎的方法來制造塑料,這種制造方法的原材料是二氧化碳與非食用植物材料,比如農(nóng)業(yè)廢料和雜草。研究人員稱,這種新的科學技術提供了一個低碳環(huán)保的新材料,可以用來生產(chǎn)塑料瓶和其他塑料件,以替代目前由石油為原料生產(chǎn)而來的塑料用品。
二氧化碳“變身”成塑料新原料
斯坦福大學化學系助理教授Matthew Kanan說:“我們的目標就是要讓二氧化碳制得的塑料取代那些石油衍生品。如果塑料的生產(chǎn)環(huán)節(jié)無需使用大量的不可再生能源,那么該行業(yè)的碳排放量將大大降低!痹凇蹲匀弧冯s志上,Kanan與其斯坦福的同事們講述了他們的研究成果。
改變塑料的組成成分
聚對苯二甲酸乙酯是聚酯家族中最常見的熱塑性聚合物樹脂,這種纖維材料一般應用于服裝、食物和液體容器的生產(chǎn)中,以及熱成型制造,在與玻璃纖維混合后可以制成工程樹脂。
現(xiàn)在許多的塑料制品都是由聚對苯二甲酸乙醇(PET)這種聚合物生產(chǎn)而來。全世界范圍來看,PET的年產(chǎn)量大約為五千萬噸,這些材料分別被用于生產(chǎn)織物、電子產(chǎn)品、可回收飲料容器,以及個人護理用品。
PET材料由對苯二甲酸和乙二醇這兩種成分組成,它們分別來源于精煉石油和天然氣,生產(chǎn)制造PET的過程中會排放大量的二氧化碳,眾所周知二氧化碳是一種造成全球變暖的溫室氣體。
Kanan稱:“生產(chǎn)PET時會用到化石原料,加上生產(chǎn)過程中所需要的能量供給,每制造一噸的PET材料所排放的二氧化碳氣體將超過四噸!
Kanan與其合作者們在研究中重點關注了聚呋喃二甲酸(PEF),PEF由乙二醇和名為2-5呋喃二羧酸(FDCA)的化合物組成,這種PEF材料未來非常有希望取代PET。
Kanan說:“PEF材料取代PET優(yōu)勢明顯,因為其FDCA的成分可以從生物質而不是石油中獲取。另外,在密封隔絕氧氣方面,PEF的材料性能更優(yōu)于PET,這點在裝瓶應用時非常有利。”
盡管PET具有很多理想的材料屬性,但是塑料行業(yè)目前還沒有找到一個低成本的方法來大規(guī)模生產(chǎn)制造這種材料,瓶頸就在于找到一種經(jīng)濟可行的方法可持續(xù)地生產(chǎn)FDCA。
一種方法是將玉米糖漿中的果糖轉換為FDCA,荷蘭的Avantium公司與其合作伙伴可口可樂以及其他一些公司已經(jīng)成功開發(fā)了這項技術,但對于行業(yè)來說有一個問題,就是種植農(nóng)作物需要大量的土地、能源、肥料,以及水資源。
“利用果糖進行轉換的方法是存在問題的,因為生產(chǎn)果糖也會排放大量的碳,而且,你最終還會和糧食生產(chǎn)形成競爭關系,所以,更好的解決方案是利用非食用生物質來制造FDCA,比如糧食收割后留下的雜草或廢料。” Kanan說。
農(nóng)業(yè)廢料變身塑料
化學系研究生Aanindeeta Banerjee與助理教授Matthew Kanan已經(jīng)開發(fā)了一種新方法來制造可再生塑料,這種塑料制造方法的原料采用的是二氧化碳和普通的植物。
斯坦福的研究團隊一直在用糠醛做試驗,試圖將其替換玉米糖來獲得FDCA,糠醛是由農(nóng)業(yè)廢料制成的一種化合物,已經(jīng)被廣泛使用了幾十年,每年有大約四十萬噸的產(chǎn)量,用于樹脂、溶劑,以及其它產(chǎn)品的生產(chǎn)。
但是用糠醛和二氧化碳來制造FDCA需要使用危險化學品,這些化學品不僅價格昂貴,而且生產(chǎn)過程會耗費許多能量。Kanan說:“這確實違背了我們正努力做的這件事的目的!
斯坦福團隊已經(jīng)成功解決了這個問題,即采用更為良性的碳酸鹽化合物來替代原先的糠醛。研究生Aanindeeta Banerjee是發(fā)表在《自然》上那篇研究報告的主要作者,她將碳酸鹽與二氧化碳混合,并加入糠醛的衍生物糠酸,然后將混合物加熱至大約200攝氏度,就可以形成熔融鹽。
接下來就會發(fā)生戲劇性的變化,五個小時后,89%熔融鹽混合物已轉化成了FDCA。下一步將FDCA再轉化為塑料PEF就非常簡單了,Kanan稱只需要采用其他研究者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的方法即可。
再生碳
Kanan稱,斯坦福團隊的做法能夠顯著減少溫室氣體的排放,因為生產(chǎn)PEF過程中用到的二氧化碳可以從化石燃料發(fā)電廠的排放中獲得,或者也可以從其他的工業(yè)排放中獲得。
用PEF塑料制造得到的產(chǎn)品可以回收,也可以通過焚燒又轉化為二氧化碳氣體,最后,這些大氣中的二氧化碳會被雜草和其它植物所吸收,而這些植物又可以用來制造更多的PEF材料。
“我們相信,PEF目前尚未實現(xiàn)的大規(guī)模應用問題,可以通過我們的化學方法來解決! Kanan說:“現(xiàn)在僅僅完成了第一步,我們還需要做大量的工作,驗證這種方法是否是大規(guī)模量產(chǎn)可行的,并且量化這種方法的碳排放量。”
Kanan與其同事們已經(jīng)開始將他們這種新的化學方法做更多的應用,比如利用氫和二氧化碳來生產(chǎn)可再生燃料和其他化合物。Kanan說:“這是目前我們正在做的最為令人激動的新應用研究!
24小時 貼心服務:如果您對以上紐瑞德氣體感興趣或有疑問,請點擊和我聯(lián)系網(wǎng)頁右側的在線客服,或致電:400-6277-838,紐瑞德氣體——您全程貼心的采購顧問。
- 上一篇:在哪買氦氣充裝氣球?...
- 下一篇:安全閥質量是決定壓力...