仅在2019年全球就生产了约30亿只汽车轮胎汽车轮胎是源自一次性使用的不可再生石油资源的大批量产品的经典示例它们不符合减少重用回收的理想范式
一些旧轮胎在水泥工业中用作燃料或磨成橡胶屑并用作增强剂父母会熟悉儿童游乐场中使用的橡胶垫
这些是利用不可再生资源的低效方式有问题的是许多轮胎最终会进入轮胎垃圾填埋场在那里它们有可能通过沥滤液渗入废物现场并渗入地面的液体或更严重地通过将有毒气体和微粒释放到大气中的火灾来污染当地环境
轮胎起火
2019年12月20日北卡罗来纳州明托的TRACC轮胎回收厂发生了难以控制的大火该厂存储了大约一百万个轮胎灭火花了一个星期这种大火并不少见30年前又发生了一次著名的轮胎大火安大略省黑格斯维尔的1400万条轮胎燃烧了两个多星期
在1840年代查尔斯固特异CharlesGoodyear发现了一种称为硫化的工艺该工艺将天然软橡胶转变为耐磨橡胶硫化使用硫链将大型有机分子桥接到网络中至今仍广泛用于生产汽车轮胎
在汽车设计取得进步之前尤其是50年前出现的钢带和径向型材问世之前轮胎需要在20000至40000公里后进行更换现在我们预计轮胎可以使用100000公里道路上的可靠性使轮胎极难回收
分解轮胎的新方法
在我的实验室中麦克马斯特大学的布鲁克研究小组我们发现了一种高效且温和的过程该过程利用有机硅化学作用来打破将轮胎粘合在一起的硫与硫键有机硅选择性地切断了硫与硫的连接仅留下了易于分离并重新用于生产新产品的有机链该工艺最初设计为使用极少量的催化剂制造新的有机硅现已重新用于解决基于石油的轮胎的可持续性
化学过程首先包括将轮胎切成段然后由它们形成粉状屑这是目前在商业轮胎回收厂中使用的步骤然后通过将这种材料与特定的有机硅在100下加热45分钟而产生的温和快速的反应将大约90的可用有机材料转化为易于处理的浅黄色油剩余的物质例如无机碳二氧化硅金属和聚酯帘线纤维很容易通过过滤除去
从废轮胎中回收的油的成分与最初用于制造新轮胎的原始聚合物非常相似我的实验室还证明了它们可以重新利用
在一种情况下回收的聚合物被转换回新的橡胶中如上图所示的玩具车轮胎最初通过过滤除去的无机残留物也可以在新橡胶中重新用作增强剂
还有更多工作要做我们需要更好地确定可以由回收的聚合物制成的产品范围并减少提高工艺经济性所需的催化剂数量
整个过程为封闭汽车轮胎上的环提供了机会因为橡胶可以有效地降解然后再用于制造其他有用的材料它提供了一种新的策略可以将旧轮胎中的有价值的材料重新利用同时解决复杂的环境问题
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