Tin thị trường và sản phẩm

Bước đột phá trong tái chế nhựa hỗn hợp

Các nhà nghiên cứu Nhật Bản đã phát triển thành công một chất xúc tác mới có khả năng phân hủy chọn lọc polyurethane (PU) trong rác thải nhựa hỗn hợp, mở ra một hướng đi thực tiễn cho việc tái chế những loại chất thải nhựa vốn được xem là quá phức tạp để phân loại.

Kết quả nghiên cứu vừa được công bố trên tạp chí Angewandte Chemie International Edition.

Thông thường, các chai nhựa PET sau khi sử dụng có thể được rửa sạch, nghiền nhỏ, nấu chảy và tái chế thành sản phẩm mới. Tuy nhiên, phần lớn các sản phẩm quen thuộc như đồ chơi, đệm mút, ghế ô tô hay nệm lại được cấu tạo từ nhiều loại nhựa khác nhau. Khi nung chảy, các loại nhựa này không thể hòa trộn đồng nhất mà tạo thành vật liệu bị nhiễm tạp chất, không còn giá trị sử dụng.

Việc phân loại các loại nhựa này vừa khó khăn vừa tốn kém, khiến phần lớn rác thải nhựa hỗn hợp hiện nay bị đốt hoặc chôn lấp, làm thất thoát nguồn tài nguyên có thể tái sử dụng.

Phân hủy polyurethane mà không làm hỏng các loại nhựa khác

Nhóm nghiên cứu đã phát triển một phương pháp sử dụng chất xúc tác mới kết hợp với khí hydro để chỉ phân hủy polyurethane trong rác thải nhựa hỗn hợp, trong khi các loại nhựa như polyester và polyamide (nylon) vẫn được giữ nguyên để tiếp tục tái chế.

Giáo sư Takanori Iwasaki thuộc Khoa Kỹ thuật, Đại học Kyushu, cho biết: "Polyurethane là loại polymer được sử dụng nhiều thứ sáu trên thế giới, xuất hiện trong vải dệt, mút xốp và ghế ô tô, nhưng gần như vẫn nằm ngoài phạm vi của các hệ thống tái chế hiện nay. Khác với PET, polyurethane không nóng chảy khi gia nhiệt nên chúng tôi buộc phải phá vỡ trực tiếp các liên kết hóa học của nó."

Khó khăn lớn nhất là trong các sản phẩm thực tế, polyurethane gần như luôn được kết hợp hoặc liên kết với polyester và nylon. Các phương pháp tái chế hóa học hiện nay tuy có thể phân hủy polyurethane nhưng đồng thời cũng làm hỏng các vật liệu còn lại, khiến việc thu hồi riêng từng loại nhựa trở nên không khả thi.

"Đảo ngược" quy luật phản ứng hóa học truyền thống

Để giải quyết vấn đề này, các nhà khoa học của Đại học Kyushu, Đại học Tokyo và Viện Khoa học và Công nghệ Công nghiệp Tiên tiến Quốc gia Nhật Bản (AIST) đã phát triển một hệ xúc tác mới.

Bằng cách kết hợp chất xúc tác gốc iridi (Ir) với muối phenolat (chất hoạt hóa cho xúc tác iridi) và sử dụng khí hydro ở nhiệt độ 130–170°C, nhóm nghiên cứu đã phân hủy thành công polyurethane trong hỗn hợp nhựa mà không ảnh hưởng đến polyester và nylon.

Giáo sư Iwasaki nhận xét: "Điều khiến tôi ấn tượng nhất là kết quả này đã đảo ngược những gì mọi sinh viên hóa học hữu cơ đều được học."

Theo kiến thức hóa học thông thường, liên kết este có độ phản ứng cao hơn liên kết amit, còn liên kết amit lại phản ứng mạnh hơn liên kết urethane. Điều đó đồng nghĩa polyester phải bị phân hủy trước, tiếp đến là nylon, rồi mới đến polyurethane.

Ông giải thích: "Bằng cách kết hợp chất xúc tác iridi với phụ gia thích hợp, chúng tôi đã đảo ngược hoàn toàn trình tự đó. Liên kết vốn kém phản ứng nhất lại bị cắt trước, trong khi các liên kết có tính phản ứng cao hơn vẫn được giữ nguyên."

Thử nghiệm thành công trên các sản phẩm thực tế

Không chỉ dừng lại ở các mẫu thử trong phòng thí nghiệm, nhóm nghiên cứu còn áp dụng phương pháp này trên nhiều sản phẩm thương mại.

Các mẫu như:

• miếng bọt biển rửa bát,
• đồ lót pha sợi polyester và nylon,
• ốp lưng điện thoại,
• ghế ô tô đã qua sử dụng, đều được xử lý thành công.

Trong tất cả các trường hợp, polyurethane được phân hủy thành các phân tử nhỏ có thể tái sử dụng, còn polyester và nylon vẫn giữ nguyên cấu trúc và có thể dễ dàng tách ra bằng phương pháp lọc đơn giản.

Điều này đồng nghĩa quá trình phân loại vật liệu và tái chế hóa học được thực hiện đồng thời chỉ trong một bước, mở ra khả năng xử lý hiệu quả những loại rác thải nhựa trước đây gần như không thể tái chế.

Nhóm nghiên cứu cho rằng công nghệ này đặc biệt hứa hẹn đối với việc tái chế xe ô tô hết niên hạn sử dụng và nệm mút, hai nguồn phát sinh lượng lớn chất thải polyurethane nhưng hiện vẫn chưa có giải pháp tái chế hiệu quả.

Không còn phải đánh đổi giữa hiệu năng và khả năng tái chế

Theo nhóm nghiên cứu, kết quả này cũng giải quyết một bài toán lớn trong thiết kế vật liệu.

Do khó tái chế polyurethane, nhiều nhà sản xuất đã chuyển sang sử dụng các vật liệu dễ tái chế hơn nhưng có chất lượng thấp hơn.

Giáo sư Iwasaki lấy ví dụ: "Các đoàn tàu Shinkansen thế hệ mới của Nhật Bản đã thay đệm ghế bằng polyurethane bằng polyester. Việc tái chế trở nên dễ dàng hơn, nhưng độ êm và sự thoải mái giảm đi đáng kể. Nếu chúng ta có thể xử lý hiệu quả nhựa hỗn hợp thì các nhà sản xuất sẽ không còn phải đánh đổi giữa hiệu năng và khả năng tái chế."

Chi phí vẫn là thách thức lớn

Mặc dù đạt được kết quả đầy triển vọng, nhóm nghiên cứu thừa nhận rằng vẫn còn nhiều thách thức trước khi công nghệ có thể được thương mại hóa.

Nguyên nhân chính là iridi, thành phần cốt lõi của chất xúc tác, là kim loại cực kỳ hiếm và thậm chí còn đắt hơn vàng.

Do đó, bước nghiên cứu tiếp theo sẽ tập trung vào việc tìm kiếm các chất xúc tác có giá thành thấp hơn cũng như nâng cao hiệu suất xúc tác để phù hợp với quy mô công nghiệp.

Giáo sư Iwasaki chia sẻ: "Tái chế nhựa mới chỉ là bước khởi đầu. Điều khiến tôi hứng thú nhất với tư cách là một nhà hóa học hữu cơ là khả năng chủ động đảo ngược các quy luật phản ứng hóa học. Tôi hy vọng thành tựu này sẽ tạo ra nhiều cầu nối hơn giữa nghiên cứu hóa học cơ bản và các vấn đề thực tiễn, từ xử lý rác thải nhựa đến tổng hợp dược phẩm và nhiều lĩnh vực khác."

Thông tin công bố nghiên cứu

Bài báo: Selective Degradation of Polyurethanes in Mixed Plastic Wastes via Ir-Catalyzed Hydrogenolysis

Tác giả: Yuto Yamada và cộng sự

Tạp chí: Angewandte Chemie International Edition (2026)

DOI: 10.1002/anie.4288189