ابداع پلاستیک حل شونده‌ای که کاربرد کشاورزی دارد
به گزارش خبرگزاری آنا به نقل از ادونس ساینس نیوز، پژوهشگران جایگزینی برای پلاستیک‌ها ابداع کرده اند که اقیانوس‌ها را آلوده نمی‌کند. این ماده جدید به اندازه پلاستیک‌های معمولی قوی و بادوام است، با یک تفاوت مهم و آن اینکه کاملا در آب دریا حل می‌شود و مولکول‌هایی را به جای می‌گذارد که می‌توانند توسط میکروارگانیسم‌ها خورده شوند.
اگرچه چندین نوع پلاستیک زیست تخریب پذیر وجود دارد، اما هیچ یک از گزینه‌هایی که امروزه در اختیار داریم نمی‌توانند تجزیه و در آب حل شوند. این باعث تجمع میکروپلاستیک‌ها در اقیانوس‌ها می‌شود که به حیات دریایی آسیب می‌زند و وارد زنجیره غذایی می‌شود.
«تاکوزو آیدا» «Takuzo Aida» استاد دانشگاه توکیو و معاون مرکز علم مواد اضطراری RIKEN ژاپن گفت: «مساله زباله‌های پلاستیکی و میکروپلاستیک‌ها واقعا جدی است. می‌خواستم پلاستیک‌های جدیدی بسازم که به طور بالقوه می‌توانند به این مسائل حیاتی بپردازند، به ویژه آنهایی که میکروپلاستیک در اقیانوس‌ها تشکیل نمی‌دهند.»
آیدا یکی از پیشگامان پلیمر‌های فوق مولکولی است، نوعی از مواد با ساختار‌هایی که توسط پیوند‌های شیمیایی برگشت پذیر به هم متصل می‌شوند، که تجزیه زیستی آنها را آسان‌تر می‌کند. در گذشته، این مواد عمدتا برای کاربرد‌های پزشکی مورد توجه بوده اند، اما آیدا قابلیت آنها را به عنوان جایگزینی برای پلاستیک مشاهده کرده است.
با این حال، به دلیل ماهیت برگشت پذیر پیوند‌های شیمیایی آنها، این نوع مواد در مقایسه با پلاستیک‌هایی که در زندگی روزمره خود استفاده می‌کنیم، معمولا ضعیف و ناپایدار هستند. محققان توانسته اند با طراحی یک ماده جدید با پیوند‌های شیمیایی که فقط در تماس با آب دریا قابل برگشت هستند بر این چالش غلبه کنند و تحت هر شرایط دیگری مانند یک پلاستیک معمولی و رایج رفتار می‌کنند.
این توسعه اولین گام به سوی ابداع موادی است که می‌توانند روزی جایگزین پلاستیک‌های معمولی شوند تا به مسائل شدید آلودگی پلاستیکی در اقیانوس‌های ما رسیدگی کنند.
دیگر میکروپلاستیکی در کار نیست
آیدا و همکارانش این پلاستیک‌های جدید را با ترکیب دو واحد سازنده مولکولی ساخته اند. هنگامی که این مولکول‌ها در آب گرد هم می‌آیند، به طور خود به خود یک نوع پیوند برگشت پذیر بین خودشان ایجاد می‌کنند که به عنوان پل نمک شناخته می‌شود. این منجر به آزاد شدن نمک در آب می‌شود که می‌توان آن را حذف کرد تا یک ماده قوی و بادوام باقی بماند.
محققان دریافتند که این مرحله «نمک زدایی» برای ساخت یک ماده شبه پلاستیک حیاتی است. بدون آن، ماده به دست آمده، شکننده خواهد بود.
علاوه بر این، این ماده با قرار گرفتن در آب نمک، دوباره نمک می‌گیرد که می‌تواند پیوند‌های بین واحد‌های سازنده آن را معکوس و کل ساختار را در عرض چند ساعت تخریب کند. اما وقتی در آب نمک زدایی قرار می‌گیرد، این ماده ساختار خود را حفظ می‌کند.
این یک تفاوت مهم با پلاستیک‌های زیست تخریبِ موجود است. در حال حاضر، هیچ یک از این مواد را نمی‌توان تجزیه و در آب حل کرد. این پلاستیک‌ها در طول زمان تجزیه شده و به شکل میکروپلاستیک در اقیانوس‌ها تجمع می‌کنند.
آیدا می‌گوید: پلاستیک‌های جدید ما در حضور الکترولیت‌ها به ترکیبات اولیه تجزیه می‌شوند. این ترکیبات اولیه نیز مولکول‌هایی هستند که توسط باکتری‌های ساکن در اقیانوس‌ها خورده می‌شوند و یکی از آنها حتی معمولا به عنوان افزودنی غذایی و کود خاک استفاده می‌شود.
آزمایش‌ها نشان داده ماده جدید غیر سمی و غیر قابل اشتعال است. مانند سایر پلاستیک ها، شکل آن را می‌توان در دمای بالا قالب گیری کرد. دانشمندان موفق شدند پس از حل کردن آن در آب نمک، ۹۱ و ۸۲ درصد از دو واحده سازنده اصلی آن را بازیابی کنند که حاکی از بازیافت آسان آن است.
در حالی که مواد جدید، در آب نمک زدایی، حل نمی‌شوند، آزمایش‌های اولیه نشان داد که این مواد می‌توانند مقداری از آب را جذب کرده و با گذشت زمان تغییر شکل دهند. اما دانشمندان توانسته اند با افزودن یک پوشش آبگریز از چنین پدیده‌ای جلوگیری کنند. این پلاستیک‌های پوشش داده شده هنوز هم می‌توانند در آب دریا حل و به قطعات ریزی، خرد شوند.
روش ابداعی این محققان ژاپنی برای ساخت این نوع جدید از مواد را می‌توان در بسیاری از واحد‌های سازنده مختلف به کار برد که امکان سفارشی سازی مواد نهایی را فراهم می‌کند. بسته به کاربرد، این مواد را می‌توان قوی تر، انعطاف پذیرتر، مقاوم در برابر خراش یا لاستیکی ساخت. به عنوان مثال، یکی از نسخه‌هایی که محققان ایجاد کردند برای استفاده در چاپ سه بعدی طراحی شده بود.
آیدا می‌گوید: «مواد پلاستیکی جدید ما را می‌توان به طور گسترده برای مواردی که به مواد مکانیکی سخت و سبک وزن نیاز دارند، استفاده کرد.»
برای ارائه یک جایگزین مناسب برای پلاستیک‌های فعلی، هر ماده جدیدی باید در مقیاس صنعتی تولید شود. آیدا معتقد است پلاستیک‌های جدید را می‌توان در آب بدون حرارت تولید کرد و فرآیند مصنوعی آنها به راحتی قابلیت افزایش مقیاس را دارد.
همچنین، یکی از واحد‌های سازنده این پلاستیک با قیمت بسیار پایین در دسترس است و دیگری را نیز می‌توان در یک واکنش یک مرحله‌ای از مواد شیمیایی تجاری سنتز کرد، که می‌تواند به رقابتی شدن این نوع مواد با پلاستیک‌های معمولی کمک کند.
آیدا و همکارانش قصد دارند در آینده نسخه‌های جدیدی از این پلاستیک‌ها را بسازند که طیف وسیع تری از کاربرد‌ها را پوشش می‌دهند. یکی از محدودیت‌های اصلی که آنها می‌خواهند بر آن غلبه کنند این است که این مواد هنوز به اندازه اکثر پلاستیک‌های معمولی خمش پذیر نیستند.
نکته دیگری که دانشمندان در صدد بررسی آن هستند ترکیباتی است که این پلاستیک‌های جدید در هنگام تخریب در محیط آزاد می‌کنند. همانطور که آیدا می‌گوید در حالی که اقیانوس‌ها دچار کمبود فسفر شده اند، سواحل دریاها، که معمولا زباله‌های پلاستیکی به آنجا ختم می‌شوند مملو از فسفر هستند. با این حال، در برنامه‌های دیگر، این ماده می‌تواند مفید واقع شود.
این دانشمند ژاپنی افزود: «می خواهیم بررسی کنیم که آیا پلاستیک‌های جدید ما می‌توانند در کشاورزی نیز استفاده شوند یا خیر چراکه این مواد حاوی عناصر فسفر و نیتروژنی هستند که برای کود‌ها ضروری اند.».
انتهای پیام/