أعلن باحثون اليوم أنهم طوروا طريقة لاستخدام الليزر لتفجير جزيئات البلاستيك وغيرها من المواد إلى أصغر أجزاء لإعادة استخدامها في المستقبل.
تتضمن الطريقة وضع هذه المواد فوق مواد ثنائية الأبعاد تسمى ثنائيات الكالكوجينيد المعدنية الانتقالية ثم تعريضها للضوء.
ويحمل هذا الاكتشاف القدرة على تحسين الطريقة التي نتعامل بها حاليًا مع المواد البلاستيكية التي يصعب تحللها. وقد نُشرت النتائج في مجلة Nature Communications.
قال يوبينغ تشنغ، أستاذ في قسم ووكر للهندسة الميكانيكية في كلية كوكريل للهندسة بجامعة تكساس في أوستن وأحد قادة المشروع: "من خلال استغلال هذه التفاعلات الفريدة، يمكننا استكشاف مسارات جديدة لتحويل الملوثات البيئية إلى مواد كيميائية قابلة لإعادة الاستخدام، وبالتالي دفع تطوير اقتصاد أكثر استدامة ودائريًا". "هذا الاكتشاف له آثار مهمة في معالجة التحديات البيئية وتطوير مجال الكيمياء الخضراء".
لقد أصبح تلوث البلاستيك أزمة بيئية عالمية، حيث تتراكم ملايين الأطنان من النفايات البلاستيكية في مكبات النفايات والمحيطات كل عام. غالبًا ما تكون الطرق التقليدية لتحلل البلاستيك كثيفة الاستهلاك للطاقة، وضارة بالبيئة، وغير فعالة. يتصور الباحثون استخدام هذا الاكتشاف الجديد لتطوير تقنيات إعادة تدوير البلاستيك الفعالة للحد من التلوث.
استخدم الباحثون ضوءًا منخفض الطاقة لكسر الروابط الكيميائية للبلاستيك وإنشاء روابط جديدة، وتحويل المادة إلى نقاط كربونية باعثة للضوء. هذه النقاط الكربونية مطلوبة بشدة بسبب تنوع المواد النانوية القائمة على الكربون ويمكن استخدامها كأجهزة ذاكرة في أجهزة الكمبيوتر من الجيل التالي.
قال جينجانج لي، طالب ما بعد الدكتوراه في جامعة كاليفورنيا بيركلي والذي بدأ هذا البحث في جامعة تكساس في أوستن: "من المثير تحويل المواد البلاستيكية التي لا تتحلل أبدًا إلى مواد مفيدة للعديد من الصناعات المختلفة".
إن التفاعل المحدد الذي أشار إليه يسمى "تنشيط CH"، حيث يتم كسر الروابط بين الكربون والهيدروجين في الجزيئات العضوية بشكل انتقائي وتحويلها إلى روابط كيميائية جديدة. في هذه الدراسة، حفزت المادة ثنائية الأبعاد التفاعل، وحولت جزيئات الهيدروجين إلى غاز، مما سمح لجزيئات الكربون بالترابط مع بعضها البعض لتكوين نقاط كربونية تخزن المعلومات.
هناك حاجة إلى مزيد من البحث والتطوير لتحسين عملية تنشيط الميثان التي تعمل بالضوء وتوسيع نطاقها للتطبيقات الصناعية. ومع ذلك، يمثل هذا البحث تقدمًا مهمًا في البحث عن حلول مستدامة لإدارة النفايات البلاستيكية.
يمكن تطبيق عملية تنشيط CH المدفوعة بالضوء التي تم توضيحها في هذه الدراسة على العديد من المركبات العضوية طويلة السلسلة، بما في ذلك البولي إيثيلين والمواد الخافضة للتوتر السطحي التي تستخدم عادة في أنظمة المواد النانوية.
ويضم الفريق البحثي أيضًا مؤلفين من جامعة تكساس في أوستن، وجامعة توهوكو في اليابان، وجامعة كاليفورنيا في بيركلي، ومختبر لورانس بيركلي الوطني، وجامعة بايلور، وجامعة ولاية بنسلفانيا.
تم دعم هذا العمل من خلال المنح المقدمة من المعاهد الوطنية للصحة، والمؤسسة الوطنية للعلوم، والجمعية اليابانية لتعزيز العلوم، ومؤسسة هيروس، والمؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين.
