Calculated Physicochemical Properties of Glycerol-Derived Solvents to Drive Plastic Waste Recycling
Calculated Physicochemical Properties of Glycerol-Derived Solvents to Drive Plastic Waste Recycling
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计算甘油衍生溶剂的物理化学性质以驱动塑料废物回收
DOI：
10.1021/acs.iecr.2c04567
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发表时间：
2023
影响因子：
4.2
通讯作者：
Szilvási, Tibor
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Soyemi, Ademola;Szilvási, Tibor
塑料垃圾已经成为一个重大的环境危机，每年生产的大多数塑料最终都被填埋在露天垃圾填埋场和水道中。基于溶剂的回收方法通过使用溶剂选择性地溶解塑料废物并回收特定聚合物，提供了从废物中回收高质量塑料材料的有效手段。在这项工作中，我们报告了9587个潜在的甘油基溶剂，可以从生物质衍生的甘油合成的性能。我们使用量子力学计算预测密度和偶极矩，而LogS，LogP和熔点使用机器学习预测，优于其他预测方法，如汉森实际溶解度参数（HSPiP）。此外，我们还根据其汉森溶解度参数（HSP）的比较，分析了溶剂溶解常见塑料材料[聚乙烯（PE）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚醚砜（PES）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）和聚氯乙烯（PVC）]的能力。我们的研究结果表明，甘油的官能化可以显着改变其性能，并根据热休克蛋白和熔点，我们建议选择性溶剂的PE，PET和PVC，而PES，PP和PS，我们建议使用溶剂的组合溶剂/反溶剂设置溶剂为基础的塑料废物回收。最后，基于更严格的溶剂选择标准，我们还提出了一种策略，可以帮助降低废塑料分类的成本，即首先将废物原料分离为极性和非极性部分。
Plastic waste has become a major environmental crisis, with the majority of plastic being produced ending up in open landfills and waterways every year. Solvent-based recycling approaches offer an effective means of recovering high-quality plastic materials from waste by the use of a solvent to selectively dissolve the plastic waste and recover specific polymers. In this work, we report on the properties of 9587 potential glycerol-based solvents that can be synthesized from biomass-derived glycerol. We predict the density and dipole moment using quantum mechanical calculations, while LogS, LogP, and melting point are predicted using machine learning that outperforms other prediction methods such as Hansen Solubility Parameters in Practice (HSPiP). Additionally, we analyze the ability of the solvents to dissolve common plastic materials [polyethylene (PE), poly(ethylene terephthalate) (PET), poly(ether sulfone) (PES), polypropylene (PP), polystyrene (PS), and poly(vinyl chloride) (PVC)] based on a comparison of their Hansen solubility parameters (HSPs). Our results show that functionalization of glycerol can significantly alter its properties, and based on the HSPs and melting point, we recommend selective solvents for PE, PET, and PVC, while for PES, PP, and PS, we suggest using a combination of solvents in a solvent/antisolvent setup for solvent-based plastic waste recycling. Finally, based on stricter solvent selection criteria, we also propose a strategy that may help reduce the costs of sorting waste plastic whereby the waste feedstock is first separated into polar and nonpolar fractions.
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