Mỗi năm, hàng triệu lốp xe được đưa đến bãi chôn lấp, gây ra cuộc khủng hoảng môi trường với tác động sâu rộng. Chỉ riêng tại Hoa Kỳ, năm 2021, hơn 274 triệu lốp xe bị vứt bỏ, trong đó gần 20% đi đến các bãi chôn lấp. Sự tích tụ vật liệu thải loại này không chỉ chiếm diện tích mà còn gây nguy hiểm cho môi trường như rò rỉ hóa chất và hiện tượng tự bốc cháy.

Mặc dù nhiệt phân, quá trình tái chế cao su bằng phương pháp hóa học thông qua phân hủy ở nhiệt độ cao được sử dụng rộng rãi, nhưng nó tạo ra các sản phẩm phụ có hại như benzen và dioxin, gây rủi ro về sức khỏe và môi trường. Vì thế, nhóm nghiên cứu tại Đại học Bắc Carolina ở Chapel Hill đã đưa ra một phương pháp hóa học mới để phân hủy chất thải cao su. Kỹ thuật này sử dụng quá trình amin hóa C - H và chiến lược sắp xếp lại polyme để biến cao su thải thành các tiền chất có giá trị cho nhựa epoxy, cung cấp giải pháp thay thế sáng tạo và bền vững cho các phương pháp tái chế truyền thống.

Cao su như loại tổng hợp được sử dụng trong lốp xe, bao gồm các polyme liên kết chéo với nhau thành một mạng lưới ba chiều hoạt động như vật liệu dẻo dai. Việc tái chế các vật liệu này rất khó khăn do liên kết chéo rộng trong cấu trúc polyme, khiến cao su có độ bền và khó phân hủy.

Các phương pháp truyền thống để phân hủy cao su tập trung vào khử lưu hóa (phá vỡ các liên kết chéo lưu huỳnh nhưng làm suy yếu các đặc tính cơ học của polyme); và phân cắt các khung polyme bằng các phương pháp oxy hóa hoặc xúc tác, thường tạo ra các sản phẩm phụ phức tạp, giá trị thấp. Không có phương pháp nào cung cấp giải pháp hiệu quả, có thể mở rộng quy mô để tái sử dụng chất thải cao su.

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng thuốc thử lưu huỳnh diimide để cho phép lắp đặt các nhóm amin tại vị trí cụ thể trong chuỗi polyme. Bước này rất quan trọng vì nó tạo tiền đề cho quá trình sắp xếp lại khung polyme tiếp theo. Phản ứng hóa học này sắp xếp lại khung polyme, phân hủy cao su thành các vật liệu chức năng amin hòa tan để sản xuất nhựa epoxy.

Nhóm nghiên cứu đã chứng minh quy trình hai bước của họ hoạt động rất tốt. Trong thử nghiệm với mô hình polyme, các tác giả đã giảm trọng lượng phân tử của nó từ 58.100 g/mol xuống còn khoảng 400 g/mol. Khi áp dụng phương pháp này cho cao su đã qua sử dụng, cao su bị phân hủy hoàn toàn chỉ trong sáu giờ, biến nó thành vật liệu hòa tan với các nhóm amin có thể sản xuất các vật liệu hữu ích phổ biến như nhựa epoxy.

Phương pháp này mang lại hiệu quả đặc biệt nổi bật khi so sánh với các kỹ thuật tái chế truyền thống, thường đòi hỏi nhiệt độ rất cao hoặc chất xúc tác đắt tiền. Các tác giả đã đạt được kết quả trong điều kiện nhiệt độ 35 - 50°C trong môi trường nước, giúp quá trình này thân thiện hơn với môi trường và tiết kiệm chi phí.

Nguồn: NASATI