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借助激光,塑料再利用变得更加容易

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塑料再利用

全球污染水平不断上升,继续推动对低成本回收服务的需求。遗憾的是,塑料污染物不会像其他废物一样在垃圾填埋场分解,导致全球大量堆积。值得庆幸的是,一群创新工程师本月发布了一项研究,展示了一种创新的激光系统,可以更有效地重新利用塑料废物。以下是您需要了解的内容。

塑胶污染

世界需要一些可持续的塑料废物管理解决方案。众所周知,塑料很难分解,因此,它们往往最终被填埋或堆放在垃圾填埋场,在那里慢慢腐烂并破坏环境。这些污染物继续出现在饮用水、动物和食物链上的其他关键点中。

塑料再利用研究

最新研究深入研究了使用激光分解塑料中的化学键,这些化学键使塑料变得有害,而且需要很长时间才能降解到环境中。报告展示了这些激光如何分解塑料中的特定分子,使它们能够重新用作可重复使用的物质。具体来说,该团队创建了发光碳点 (CD),这些碳点使用一种称为 CH 活化的过程被捕获在固体基质上。

借助激光,塑料再利用变得更加容易

借助激光,塑料再利用变得更加容易

研究人员选择十六烷基三甲基氯化铵 (CTAC) 作为激光分解法的首个目标。该团队之所以选择 CTAC,是因为它具有一些特殊特性,包括其无碳结构。此外,它在纳米材料成分中很常见,而且无需进行太多大气调节就能保持固体形态。

CH 激活

CH 活化是一种革命性的化学过程,它使科学家能够分解有机分子中的碳氢键。这些键可以根据其组成进行专门靶向,从而可以选择性地合成可重复使用的基本成分,例如 CD。

CH 活化过程以特定的间隔和频率引入低功率光线。这些光线会破坏使塑料不可生物降解的化学键并形成新键。具体来说,该研究探讨了如何将有机长链季铵表面活性剂分解成发光 CD,为污染减少、材料科学、有机化学和生物医学等各个领域的新机遇打开大门。

碳基纳米材料

碳基纳米材料是将废塑料转化成理想产品的原因有很多。首先,这种材料可用于制造高端电子元件,包括刨花板、内存存储设备以及计算机经济的其他关键元件。它们需求量很大,是当今高科技设备所必需的。

密度泛函理论 (DFT) 计算

研究人员开发了一种密度泛函理论计算的变体,以预测转换过程并微调所使用的光量和频率。据工程师介绍,DFT 计算依赖于 VASP 代码,其中价电子通过平面波基组中的 Kohn-Sham 波函数来计算。这种方法使团队能够确定过程中的错误和缺陷,而无需重新运行测试。具体来说,他们能够确定氧化状态和错误如何影响 H 吸附和 C-H 活化过程。

测试阶段

科学家开始测试,先制作一层薄薄的固体 CTAC。然后,该层被一层单层 WSe2 覆盖。值得注意的是,该涂层是专门为实验而使用化学气相沉积 (CVD) 方法生长的。这些层被称为过渡金属二硫属化物,一旦暴露在低功率连续波激光的照射下,就会促进化学反应。值得注意的是,该团队使用了功率范围从 ~0.2 到 5 mW 的各种激光器。

激光使 CTAC 分子开始 WSe2 介导的 C–H 键活化,从而形成 C=C 键,H 分子转化为气态。值得注意的是,该团队整合了 D 过渡金属二硫化物 (TMDC) 层,大大降低了大理石碳分子结合所需的能量,并将废物转化为 CD。

监控变化

工程师们在几种不同的照明场景下尝试了这一过程。值得注意的是,尼康 TiE 倒置显微镜使用 ×100 油镜和额定电压为 12 V、100 W 的卤素白光源,使实验成为可能。此外,该团队使用暗场聚光镜(NA 1.20–1.43)成功跟踪激光照射。

所用的激光器包括连贯的 Genesis MX STM-1 W 连续波 660 nm 激光器(Laser Quantum)。有趣的是,工程师们使用 Thorlabs GBE05-A 扩大了光束,使其更加高效,并在测试期间使用显微镜进行引导。

结果展现出更加绿色未来的希望

研究结果足以让业界兴奋不已。具体来说,该团队成功地将长链季铵表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵 (CTAC,C19H42ClN) 转化为 2d WSe2 单层上的发光 CD,这些 CD 具有有序且空间分辨的模式。该过程经过优化,可以立即集成,以帮助减少塑料废物。

为了确保这一过程高效完成,科学家们使用近场纳米级傅立叶变换红外光谱 (nano-FTIR) 监测了这一进展。他们注意到在 ~1660 cm−1 处有一个显著的吸收带。这个范围提高了 CD 中 C=C 键的效率。此外,该团队使用拉曼光谱和通过 Renishaw 系统进行的映射来跟踪进度。值得注意的是,拉曼光谱显示该团队已完成从废物到 CD 的转化。

优点

这项研究有很多好处。塑料污染物是一个主要问题,每年已经影响到数百万人的生活。将功能性有机复合物和化石燃料废物等环境污染物合成可再生化学品的能力为循环经济打开了大门,废物可以反复变成有价值的产品。

更高效

这个过程最大的好处之一是它比任何现有方法都更有效率。目前使用的技术需要大量能源,成本高昂,并且可能对环境造成额外破坏。因此,这种方法为更清洁地回收这些废料打开了大门。

灵活性

这项研究的另一个巨大好处是,它可以应用于目前困扰环境的一系列化学污染物。研究人员表示,该工艺将作用于大量长链有机化合物。因此,这一策略可以在全球范围内实施,以对抗越来越多的废物,包括聚乙烯和表面活性剂。

研究人员

塑料污染物研究汇集了学术界和科学界的一些最聪明的人才。该项目由李金刚共同撰写,并得到了加州大学、日本东北大学、劳伦斯伯克利国家实验室、宾夕法尼亚州立大学和贝勒大学的研究人员的帮助。这项研究的资金来自美国国立卫生研究院、广濑基金会、中国国家自然科学基金、国家科学基金会和日本学术振兴会。

应用

这项技术的应用非常广泛。减少塑料垃圾的能力已经从一种担忧变成了一种需要立即和持续关注的首要风险。这项最新发现通过将塑料垃圾转化为有价值且可重复使用的 CD 来帮助降低这些风险。因此,在光子材料、有机化学和环境修复领域有几乎无穷无尽的应用。

可从本研究中受益的公司

当你审视市场时,很容易发现多家公司可以立即从整合这项技术中获益。这些公司长期以来一直是废物管理、回收和环境补救方面的先驱。因此,它们为交易者提供了一个独特的机会,让他们接触到这个快速增长的行业。

1。 废物管理

废物连接公司 (世界新闻网 -0.42%)

废物管理公司于 1987 年进入市场,旨在为社区提供更好的处理废弃物的方法。该公司迅速将业务扩展到回收服务。如今,这家总部位于德克萨斯州的公司是这些服务的领先提供商之一。

作为领先的综合废物管理服务提供商,废物管理的定位非常明智。这是一项拥有 28 多名员工的大型业务。该公司在回收、废物管理、可再生能源和其他关键市场取得了突破。值得注意的是,它在 20.69 年的收入为 2023 亿美元。

交易员可以考虑强力“买入”WCN。它是美国领先的垃圾填埋气转化为能源服务的开发商、所有者和运营商。因此,该股表现优异,目前 5 年回报率为 +107.63%。值得注意的是,自 IPO 以来,该股已上涨 +2,137%。

2。 废物连接

废物连接公司 (世界新闻网 -0.42%)

Waste Connections 于 1997 年进入市场。该公司最初位于加利福尼亚州,为了更好地服务国家,后来迁至德克萨斯州。如今,Waste Collections 拥有 19 多名专业人员,是美国领先的垃圾收集、转运、处置和回收服务提供商。

值得注意的是,如果 Waste Connections 能够成功整合研究人员提出的新型激光塑料回收系统,其能力和收入将大幅提升。此次升级将使该公司能够通过向客户提供 CD 来创造额外收入。

废物收集公司的市值为 + 46.85 亿美元。由于其定位和多年来完成的几项高层收购,该公司处于强势“持有”状态。那些寻求具有强大上涨潜力的稳定股票的人应该考虑 Waste Connections。

统计数据描绘出一幅黑暗的图景

塑料彻底改变了世界的商业方式,至今仍是日常生活中不可或缺的一部分。这种有用的材料自 1950 年问世以来,使用量呈指数级增长,专家对此深有体会。不幸的是,这些塑料中的大部分仍是废物。根据环境研究,全世界每年向环境中排放 2 万吨塑料污染物,而目前流通的塑料污染物总量已达 7 亿吨。

这些污染物从哪里进入市场很容易看出。研究表明,高达 50% 的塑料垃圾来自一次性包装。最糟糕的是,分析师预测未来几年污染水平将急剧上升,健康和环境风险急剧增加。可悲的是,这种情况导致了一些可怕的后果。

海洋遭受损失

海洋尤其容易受到这些影响 污染物。可悲的是,75-99 吨塑料流入海洋,并留在那里,形成巨大的垃圾岛,渗出致命污染物。按照目前的速度,人类每年产生 33 亿磅塑料垃圾,最终流入海洋。这一最新进展可能有助于缓解这些担忧,并有助于开启更可持续的经济。

全球最大污染源

了解到并非每个国家都对垃圾问题负有同等责任并不奇怪。正如您所预料的那样,主要贡献者是所有拥有庞大经济和制造业部门的国家。2023 年,中国以约 59,079,741 公吨的垃圾位居榜首。美国紧随其后,产生 37,825,550 吨。德国、巴西和日本也是主要贡献者,尽管规模比中国和美国小得多。

团队努力

减少塑料垃圾的需求促使全球多个研究团队提出了一些概念。这些想法涵盖了从将垃圾送出地球到将其重新用于当今先进电子产品的各个方面。一个有趣的 根据一项研究, 发现泡沫塑料废料可以分解并用于制造有价值的电子元件。泡沫塑料和塑料废料一样,由于其分解寿命长且会给野生动物带来危险,因此是一个大问题。

法规

另一个需要考虑的重要因素是日益增长的监管阻力。立法者已经认识到当前的状况是不可持续的。一次性塑料的大量使用和其他因素导致需要做出重大改变。因此,全球范围内都出台了新的立法。例如,新南威尔士州、维多利亚州和昆士兰州在 2023 年实施了一次性使用禁令。现在,加利福尼亚州正在寻求让制造商负责清理塑料垃圾。

重新利用塑料废物,让世界更安全

将对环境造成不可挽回损害的塑料废物重新利用,制成有价值的 CD 是完全合理的。这一进展可能会给该行业带来即时和长期的预防措施。目前,这支工程师团队值得表彰,因为他们的发现有可能帮助拯救数百万人的生命。

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大卫·汉密尔顿(David Hamilton)是一名全职记者,也是一位长期的比特币爱好者。 他专门撰写有关区块链的文章。 他的文章已发表在多个比特币出版物上,包括 比特币闪电网

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